Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературно-аналитическая часть 19
1.1. Свойства хлопчатобумажной пряжи 20
1.1.1. Строение и свойства хлопкового волокна 20
1.1.2 Химическое строение и физическая структура хлопковой целлюлозы 22
1.1.3. Нецеллюлозные составляющие хлопкового волокна 26
1.2. Действие жидкого аммиака на целлюлозные текстильные материалы 29
1.2.1. Свойства жидкого аммиака 30
1.2.2. Действие жидкого аммиака на структуру и химические свойства целлюлозы 32
1.2.3. Действие жидкого аммиака на физико-механические свойства хлопковых волокон и пряжи 37
1.2.4. Практические способы применения жидкого аммиака в процессах облагораживания хлопчатобумажной пряжи 40
1.3. Полиэфирные волокнистые материалы как объект текстильной переработки и крашения 45
1.3.1. Структура и свойства полиэфирных волокон 45
1.3.2. Олигомеры полиэтилентерефталата 52
1.3.3. Периодические способы крашения полиэфирных волокнистых материалов под давлением 56
1.3.4. Электризация синтетических волокон в текстильной промышленности и борьба с ней 65
1.4. Модификация полиэфирных волокнистых материалов 70
1.4.1. Основные направления модифицирования полиэтилентерефталатных волокон и текстильных материалов на их основе 71
1.4.2. Щелочная обработка текстильных материалов из полиэфирных волокон как способ улучшения их потребительских свойств 76
1.5. Свойства поверхности натуральных и синтетических волокон и методы их анализа 84
Глава 2. Объекты и методы исследования 93
2.1. Характеристика объектов исследования и методов их обработки и крашения 93
2.1.1. Характеристика объектов исследования 93
2.1.2. Характеристика используемых химических материалов 93
2.1.3. Методика обработки хлопчатобумажной пряжи жидким аммиаком 98
2.1.4. Методика обработки хлопчатобумажной пряжи раствором гидроксида натрия (классическая мерсеризация) 99
2.1.5. Методика подготовки полиэфирных материалов к исследованию 100
2.1.6. Методика обработки полиэфирных материалов водными растворами аммиака или солей аммония 100
2.1.7. Методика выделения циклических олигомеров из полиэфирного волокна 100
2.1.8. Методика крашения полиэфирных материалов 101
2.2. Методики оценки свойств хлопчатобумажной пряжи 101
2.2.1. Методика изучения динамики набухания пряжи 101
2.2.2. Методика получения микросрезов пряжи для световой микроскопии 101
2.2.3. Методика изучения сорбционных свойств пряжи 102
2.2.4. Методика изучения смачиваемости пряжи 102
2.2.5. Методика изучения химического состава элементарных хлопковых волокон 103
2.2.6. Методики определения основных физико-механических характеристик хлопкового волокна 103
2.2.7. Методики определения основных физико-механических характеристик пряжи 105
2.3. Методики оценки свойств синтетических волокон 108
2.3.1. Методика определения средней молекулярной массы ПЭТФ 108
2.3.2. Рентгеноструктурный анализ ПЭТФ 108
2.3.3. Исследование поверхности ПЭТФ волокна методом растровой электронной микроскопии 110
2.3.4. Определение электрического сопротивления полиэфирного волокна 110
2.3.5. Определение разрывной нагрузки и разрывного удлинения полиэфирного волокна 111
2.3.6. Определение коэффициентов тангенциального сопротивления полиэфирного волокна 111
2.4. Методики изучения крашения и облагораживания ПЭТФ волокон 112
2.4.1. Методика определения содержания красителя в ПЭТФ материале и оценка качества окраски 112
2.4.2. Методика определения коэффициентов диффузии красителя в полимер 112
2.4.3. Определение коэффициентов распределения дисперсных красителей 113
2.4.4. Методики определения констант сорбции и десорбции дисперсных красителей 113
2.4.5. Методика определения выравнивающей способности препаратов по методу миграции 114
2.4.6. Методика определения цветовых характеристик получаемых окрасок 115
2.4.7. Методика определения расхода аммиака на взаимодействие с полиэфирным волокном 115
2.4.8. Методика определения удельной поверхности полиэтилентерефталата методом адсорбции и-нитрофенола 116
2.4.9. Методики определения содержания олигомеров и терефталевой кислоты 117
2.5. Математическая обработка результатов испытаний 119
2.6. Определение коэффициентов корреляции 121
Глава 3. Изучение влияния жидкого аммиака на основные свойства хлопчатобумажной пряжи, определяющие её способность к переработке в ткачестве 122
3.1. Выбор оптимальных условий обработки хлопчатобумажной пряжи в жидком аммиаке 123
3.2. Изучение влияния жидкого аммиака на набухание, сорбционные свойства суровой хлопчатобумажной пряжи и изменение её химического состава 126
3.2.1. Особенности процесса набухания суровой пряжи в среде жидкого аммиака 126
3.2.3. Влияние жидкого аммиака на сорбционные свойства и химический состав суровой хлопчатобумажной пряжи 135
3.3. Влияние жидкого аммиака на основные разрывные полуцикловые характеристики хлопчатобумажной пряжи 140
3.3.1. Влияние жидкого аммиака на величину разрывной нагрузки пряжи 142
3.3.2. Влияние жидкого аммиака на величину разрывного удлинения пряжи 151
3.3.3. Влияние жидкого аммиака на величину работы разрыва пряжи при растяжении 153
3.4. Влияние жидкого аммиака на многоцикловые арактеристики хлопчатобумажной пряжи 157
3.4.1. Влияние жидкого аммиака на выносливость хлопчатобумажной пряжи к истиранию 157
3.4.2. Влияние жидкого аммиака на выносливость пряжи к многократному растяжению 159
Глава 4. Направленное изменение свойств хлопчатобумажной пряжи, обработанной жидким аммиаком, с целью улучшения её способности к переработке в ткачестве 165
4.1. Подготовка хлопчатобумажной пряжи к ткачеству путем использования жидкого аммиака с добавками анионных препаратов 167
4.1.1. Влияние совместной обработки хлопчатобумажной пряжи жидким аммиаком и ПАВ на её выносливость к истиранию 170
4.1.2. Влияние совместной обработки хлопчатобумажной пряжи жидким аммиаком и анионными ПАВ на способность пряжи противостоять деформациям растяжения 172
4.1.3. Выбор оптимальных концентраций сульфорицината Е и авироля в жидком аммиаке 181
4.1.4. Эффективность удаления сульфорицината Е и авироля с пряжи промывкой её водой 184
4.2. Подготовка хлопчатобумажной пряжи к ткачеству способом последовательной обработки её жидким аммиаком и водным раствором неионогенного ПАВ 185
4.2.1. Основные физико-механические свойства пряжи, последовательно обработанной жидким аммиаком и водными растворами неионогенных ПАВ 186
Глава 5. Изучение влияния разбавленных водных растворов аммиака на полиэтилентерефталатные текстильные материалы как основа улучшения их качественных характеристик 198
5.1. Изучение воздействия разбавленных водных растворов аммиака на ПЭТФ 199
5.2. Изучение действия воды и разбавленных водных растворов аммиака на олигомеры ПЭТФ 207
5.3. Изучение действия на олигомеры ПЭТФ растворов веществ, способствующих их гидролизу 219
5.3.1. Исследование модифицирующего действия на ПЭТФ солей аммония 219
5.3.2. Исследование модифицирующего действия на ПЭТФ препаратов на основе четвертичных аммониевых соединений 232
Глава 6. Разработка составов и технологий их применения для повышения интенсивности и качества периодического крашения волокнистых материалов на основе полиэтилентерефталата 243
6.1. Разработка аммиачно-солевого состава для интенсифицированного крашения полиэфирных волокнистых материалов 244
6.2. Создание препарата комплексного действия для обеспечения равномерного и интенсивного крашения полиэфирных материалов по периодическим технологиям 249
.6.3. Создание препарата для крашения полиэфирных материалов с высокой структурной неоднородностью 264
6.4. Оценка возможности использования препаратов на основе ЧАС для улучшения качества и снижения температуры крашения ПЭТФ 268
6.5. Разработка технологии крашения полиэфирного плетеного шнура технического назначения с использованием препарата ивлана-2 274
Глава 7. Разработка технологий улучшения способности к текстильной переработке полиэтилентерефталатных текстильных материалов и очистки от олигомеров оборудования для их крашения 277
7.1. Создание способа очистки окрашенных полиэфирных материалов с использованием разбавленных водных растворов аммиака 278
7.2. Способы очистки окрашенных полиэфирных материалов и красильного оборудования, предусматривающие использование ивлана-2 или карбамида 283
7.3. Разработка способа придания антистатических свойств полиэфирному волокнистому материалу 288
7.4. Снижение электризуемости полиэфирного волокнистого материала посредством воздействия на олигомеры ПЭТФ без использования аммиака 299
Основные результаты и общие выводы 306
Библиография 312
Список авторских публикаций 332
Список иллюстраций 340
Список таблиц 345
Приложения 350
- Химическое строение и физическая структура хлопковой целлюлозы
- Методика обработки хлопчатобумажной пряжи раствором гидроксида натрия (классическая мерсеризация)
- Изучение влияния жидкого аммиака на набухание, сорбционные свойства суровой хлопчатобумажной пряжи и изменение её химического состава
- Подготовка хлопчатобумажной пряжи к ткачеству способом последовательной обработки её жидким аммиаком и водным раствором неионогенного ПАВ
Введение к работе
Актуальность исследования. Обеспечение конкурентоспособности ведущих зарубежных стран часто базируется на инновационной активности, восприимчивости организаций к нововведениям и прогрессивным технологиям. Рост конкурентоспособности российской экономики в настоящее время зависит от развития и использования научно-технологического потенциала, включая комплексное развитие национальной инновационной системы.
Проблема создания институтов инновационной системы, позволяющей генерировать, воспроизводить и использовать научно-технические инновации для повышения темпов экономического развития и качества жизни в нашей стране приобретает все большее значение. Ее разрешение, в свою очередь, возможно лишь при формировании необходимых условий для повышения инновационной активности предприятий различных отраслей промышленности.
Инновационная активность предприятий в области биотехнологии связана с высокими коммерческими рисками вложения средств в эту сферу, необходимостью больших финансовых затрат, длительным сроком окупаемости и несовершенством правового обеспечения инновационной деятельности.
Для устранения вышеперечисленных недостатков в этой отрасли возникает необходимость в совершенствовании управления инновационной инфраструктурой.
Без инновационной инфраструктуры невозможно эффективно осуществлять передачу результатов научной деятельности в реальный сектор экономики, создавать новые инновационные предприятия, осуществлять интеграцию малых инновационных предприятий с промышленностью.
В то же время развитие инновационных инфраструктур сдерживает отсутствие единой формы организации их отдельных элементов. Эффективное развитие элементов инновационной инфраструктуры зависит в значительной
степени от формы управления, уровня подготовки кадров, а также от использования соответствующих финансовых механизмов в этой сфере.
Комплексный учет вышеперечисленных факторов имеет большое значение для управления инновационной инфраструктурой в области биотехнологии, поскольку в настоящее время биотехнология является одним из приоритетных направлений научно-технического прогресса. Она способствует решению многих природных и общечеловеческих проблем, обеспечивая потребности здравоохранения высокоэффективной и безопасной фармацевтической продукцией, являясь одним из важных инструментов для увеличения производства и повышения качества продуктов питания для людей, кормов для животных и биомассы для промышленного использования.
Этим обусловлена актуальность выбранной темы исследования.
Объект исследования. Объектом исследования является инновационная
инфраструктура в области биотехнологии.
Предмет исследования. Предметом исследования являются процессы управления инновационной инфраструктурой в области биотехнологии.
Цель диссертационного исследования заключается в разработке модели управления инновационной инфраструктурой на примере биотехнологического технопарка.
Задачи исследования. В диссертационной работе для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:
- провести анализ современного состояния биотехнологии и перспектив ее
развития;
проанализировать элементы инновационной инфраструктуры, в том числе в биотехнологии;
разработать модель инновационной инфраструктуры (технопарка) на основе виртуального управления;
- провести анализ организации финансирования инновационных проектов
в биотехнологии;
- разработать механизм финансирования инновационных проектов на
основе инвестиционного пула;
подготовить правовой документ, регулирующий деятельность инвестиционного пула;
- определить особенности развития технопарка с использованием
нематериального капитала.
Теоретической основой данного исследования послужили труды отечественных и зарубежных авторов: Белоусова А.В., Белоусова В.Л., Дагаева А.А. Дежиной И.П., Скородумова С.Н. , Тюриной В. Ю., Суховея А. Ф., Шукшунова В. Е, К. Кембелл, М. Мескона, М. Портера, М.Уорнера и др.
Методология и методы исследования. В процессе исследования применялись такие общенаучные методы, как моделирование, абстрагирование, анализ и синтез. В работе использовались материалы, опубликованные в периодических изданиях, нормативные правовые акты Российской Федерации, статистические и справочные материалы, опубликованные как в периодической печати, так и в информационной сети Интернет.
Проведенные исследования основаны на методологической платформе отечественных и зарубежных работ в области управления инновационной деятельностью.
Научная новизна диссертационного исследования состоит в следующих полученных результатах:
Сформулирована классификация элементов инновационной инфраструктуры.
Разработана модель инновационной инфраструктуры (технопарка) на основе виртуального управления.
Разработана методика по определению затрат на содержание виртуального института технопарка.
Предложена методика оценки эффективности функционирования виртуального института технопарка.
Разработан механизм финансирования инновационных проектов на основе инвестиционного пула.
Подготовлен меморандум о формировании инвестиционного пула, регулирующий финансовую деятельность участников инвестиционных и инновационных проектов, осуществляемых технопарком.
Результаты, выносимые на защиту, представляют собой элементы научной новизны диссертационного исследования.
Практическая значимость результатов исследования. Практическая значимость диссертационного исследования заключается в том, что на основе системного подхода к решению поставленных задач и предложенных разработок сформулированы практические рекомендации для организаций, позволяющие:
- выполнять инновационные и инвестиционные проекты в технопарке на
основе виртуального управления;
использовать методику при определении затрат на содержание виртуального института технопарка;
применять методику оценки эффективности функционирования виртуального института технопарка;
использовать механизм финансирования инновационных и инвестиционных проектов на основе инвестиционного пула;
- разрабатывать меморандум о формировании инвестиционного пула как
договора для регулирования финансовой деятельности.
Результаты исследований представляют интерес для инновационных инфраструктур, в связи с тем, что предложенные модель инновационной инфраструктуры на основе виртуального управления и механизм финансирования инновационных проектов на базе инвестиционного пула могут быть использованы ими в процессе реструктуризации указанных инфраструктур или создания новых.
Личный вклад автора. Научные результаты, выносимые на защиту, получены автором лично.
Апробация работы. Результаты исследования докладывались автором на ряде научных конференций, в том числе: Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики, экономики и права» (г. Сочи 2003, 2004, 2005 гг.).
Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 8 научных работ, общим объемом 3,04 п.л., в том числе одна работа опубликована в издании, рекомендованном ВАК.
Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы, включающего 123 наименования. Объем диссертации составляет 182 страницы, включает 19 таблиц и 17 рисунков.
Химическое строение и физическая структура хлопковой целлюлозы
Конечные звенья цепи макромолекулы целлюлозы несколько отличаются по составу от остальных. Одно из них - СбНпОб - имеет альдегидную форму, другое - СбНцОб - содержит четыре гидроксильные группы. Присутствие двух отличающихся по составу функциональных групп на концах цепи практически не сказывается на химических свойствах целлюлозы [2].
В результате изучения конформации углеводов предложена формула целлюлозы, учитывающая, что элементарные звенья целлюлозы находятся в конформации кресла С1 [23]. Различные физические и химические воздействия могут привести к переходу звеньев в другие конформации [1,20,24].
Разными авторами созданы модели макромолекулы целлюлозы, содержащей разное количество звеньев с открытой цепью или сложноэфирных [25,26]. Кроме указанных нарушений в строении макромолекул целлюлозы, в ней могут также содержаться остатки ксилозы, маннозы, глюкуроновой кислоты и др. [20]. Все это влияет на реакционную способность целлюлозы.
Химические превращения макромолекул целлюлозы благодаря особенностям их строения сводятся в основном либо к разрыву связей между ангидридными звеньями глюкозы, либо к взаимодействию гидроксильных групп в элементарных звеньях без изменения скелета макромолекулы [20].
Элементарные звенья макромолекул целлюлозы содержат по три гидроксильных группы, в значительной степени определяющих химическую активность полимера. Ход реакций, протекающих с их участием, определяется как кислотностью ОН-групп, так и их доступностью для реагента [24]. Установлено [27,28], что наибольшей кислотностью характеризуются вторичные гид-роксильные группы, находящиеся у второго атома углерода. Это обеспечивает реакционную способность таких групп в реакциях этерификации или О-алкилирования, проводимых в щелочной среде. При этерификации в кислой среде более реакционноспособны первичные гидроксильные группы, находящиеся у шестого атома углерода, что объясняется наибольшей их доступностью действию реагента. Малую реакционную способность вторичной гидро-ксильной группы, находящейся у третьего атома углерода, связывают обычно с образованием внутримолекулярных связей между этим гидроксилом и кислородным атомом соседнего глюкозного остатка [29].
Первичные гидроксилы элементарных звеньев целлюлозы обеспечивают сорбционную способность волокнистых материалов и их накрашиваемость [2]. Гигроскопичность целлюлозы также связана с наличием в ней большого числа сильно полярных гидроксильных групп, обусловливающих значительное сродство к дипольным молекулам воды [20].
Одной из важнейших характеристик целлюлозы, в значительной мере определяющей физико-механические показатели волокнистых материалов из неё, является степень её полимеризации, которая для хлопковой целлюлозы составляет 10-15 тыс. и возрастает с увеличением зрелости волокна. Молекулярная масса целлюлозы равна 1 - 2 млн. [30]. Учитывая полидисперсность целлюлозы, следует отметить, что приведенные величины нужно рассматривать как некоторые среднестатистические. Наличие низкомолекулярных фракций значительно снижает прочностные характеристики целлюлозных волокнистых материалов [1]. Свойства и реакционная способность волокнистого материала существенно зависят от степени ориентации и плотности упаковки макромолекул полимера, соотношения кристаллической и аморфной областей [31].
Данными рентгеноструктурного анализа и микроскопических исследований доказано, что целлюлоза хлопка является двухфазной системой, структура которой представляет собой сложную комбинацию аморфных и кристаллических областей, которые, в свою очередь, формируются в сложные надмолекулярные структуры [32-35]. В хлопковом волокне различают три структурные зоны, которые в различной степени влияют на механические свойства волокон [36,37]:
Недеформируемая область, в которой макромолекулы целлюлозы расположены с высокой упорядоченностью. Эта зона насыщена водородными связями. Ввиду высокой плотности она трудно доступна для проникновения технологических растворов.
Гибкая аморфная область, которая легко фиксирует изменение формы текстильного материала под действием внешней нагрузки. Аморфная область отличается низкоупорядоченным расположением макромолекул целлюлозы и меньшей насыщенностью водородными связями. Эта область обусловливает пластическую деформацию волокна.
Предкристаллическая область, в которой необратимых смещений структурных элементов не происходит, так как внутренние напряжения после снятия нагрузки возвращают молекулы целлюлозы в их прежнее положение.
Наличие в целлюлозных волокнах областей с различной степенью упорядоченности является одной из причин экспериментально установленного факта структурной неоднородности целлюлозы [1]. Другой причиной этого считают различную степень ориентации макромолекул или элементов надмолекулярной структуры в волокне, т.е. различную степень структурной анизотропии. Существующее мнение о том, что определяющим прочность волокна фактором является только степень его кристалличности, связано, по-видимому, с необоснованным отождествлением понятий «степени упорядоченности» и «степени кристалличности» волокна [38,39]. В настоящее время установлено, что прочность волокна в значительной мере зависит от степени ориентации его макромолекул [40].
Методика обработки хлопчатобумажной пряжи раствором гидроксида натрия (классическая мерсеризация)
Классическая мерсеризация хлопчатобумажной пряжи проводилась под натяжением в растворе гидроксида натрия концентрации 250 г/л при температуре 18С в течение 10 мин. Натяжение пряжи в процессе обработки обеспечивалось предварительной намоткой её в натянутом состоянии на специальные рамки.
После мерсеризации щелочь тщательно удалялась из пряжи по следующему режиму: промывка в четырех ваннах водой с температурой, соответственно, 80, 60, 40 и 40С, обработка раствором серной кислоты концентрации 1 г/л при температуре 18С в течение 1 мин., выдержка на воздухе в течение 2 мин., промывка водой до нейтральной реакции по фенолфталеину.
Подготовка полиэфирного волокна или пленки к исследованию заключалась в удалении замасливателя, нанесенного на их поверхность в процессе формования. Удаление замасливателя проводилось путем экстрагирования его в аппарате Сокслета. В качестве экстрагента использовался четыреххло-ристый углерод [351].
Подготовка ткани или трикотажа из полиэфирного волокна заключалась в их промывке в течение 30 мин. при температуре 70 - 80С в растворе препарата ОП-10 концентрации 2 г/л [145].
Образец полиэфирного материала известной массы обрабатывали растворами водного аммиака или солей аммония в герметичных патронах из нержавеющей стали. Объем ванны составлял 50 - 200 мл. Патроны помещались в термостат U 16, наполненный глицерином. Температура обработки варьировалась в интервале 25 - 130С, время обработки - в интервале 1 - 60 мин. Для выделения циклических олигомеров из полиэфирного волокна разработана методика, изложенная ниже. 10 г полиэфирного волокна линейной плотности 0,33 текс выдерживали в 200 мл дистиллированной воды при температуре 140С в течение 60 ми нут в герметичных стаканах из нержавеющей стали. Постоянство температуры поддерживали при помощи термостата U 16. Полученный осадок отфильтровывали, многократно промывали последовательно горячей и холодной дистиллированной водой и анализировали его состав. Образцы полиэфирного материала известной массы окрашивали в герметичных патронах из нержавеющей стали. Патроны помещались в термостат U 16, наполненный глицерином. Крашение начинали при температуре 80С, в течение 15-20 мин. повышая её до температуры 130С. Время выдержки при температуре 130С составляло 30 мин. После крашения патроны охлаждали с помощью проточной воды в течение 10 мин. После крашения образцы тщательно промывались. Динамика набухания хлопчатобумажной пряжи в жидком аммиаке изучалась на основе определения числа кручений пряжи определенной длины (10 см) с момента погружения её в исследуемую среду до полного раскручивания [79]. В каждом случае проводилось 10 параллельных испытаний. Для получения микросрезов пряжи приготавливались твердые блоки из состава на основе метилметакрилата с зафиксированными внутри них отрез ками пряжи. Состав имеет следующую рецептуру [345]: Порошок стиракрила - 2 г; Метилметакрилат - 2,2 мл; Дибутилфталат (пластификатор) - 0,6 мл; Диметиланилин (отвердитель) - 2 капли. Метилметакрилат смешивали с пластификатором и отвердителем, затем добавляли навеску порошка и все быстро и тщательно перемешивали до начала затвердевания. Полученную смесь оставляли на воздухе на 5 - 7 мин. для освобождения от пузырьков воздуха и заливали в желатиновые капсулы, в которые предварительно вставляли объект исследования. Капсулы, закрепленные в вертикальном положении, выдерживали на воздухе в течение 1 - 2 часов для полимеризации и затвердевания вещества. Полученный блок - прозрачная масса, легко поддающаяся резанию, в которой хорошо виден заключенный объект. Резать образцы рекомендуется, как правило, через 16 - 18 часов после заливки. Приведенная методика позволяет наблюдать неискаженную картину поперечного сечения пряжи, поскольку полимер на основе ме-тилметакрилата характеризуется низким коэффициентом сжатия [346]. При подготовке поверхности блок освобождали от капсулы и на одном из его концов бритвой нарезали усеченную пирамиду с исследуемым объектом в центре вершины. Готовые блоки резались на ультрамикротоме УМТП-2 с помощью стеклянных ножей, изготовленных по методике [347]. Срезы просматривались в световом потоке микроскопа МБИ-3 и зарисовывались с помощью рисовального аппарата РА-4. 2.2.3. Методика изучения сорбционных свойств пряжи Методы оценки сорбционных свойств целлюлозных материалов основаны на определении величины сорбции волокнистыми материалами йода и гидрата окиси бария. Определение этих показателей осуществлялось по известной методике [340]. Способность пряжи к смачиванию определялась по времени погружения на дно цилиндра с водным раствором ОП-10 концентрации 3 г/л мотка пряжи массой 5 г с прикрепленным к нему с помощью специального крючка свинцовым грузом стандартного размера и массы (метод Дрейвса) [340]. Содержание в хлопке воскообразных веществ определялось весовым методом после экстрагирования их из волокнистого материала изопропило-вым спиртом [340]. Количественный анализ содержания в хлопковом волокне пектиновых веществ осуществлялся объемным методом, основанным на извлечении их из хлопка цитратом аммония с последующим осаждением в виде медной соли полигалактуроной кислоты, содержание которой определялось йодометриче-ски [341]. Содержание в хлопке зольных веществ определялось весовым методом, путем озоления волокнистого материала [340]. Определение содержания общего азота в элементарных волокнах хлопка осуществлялось микрохимическим методом Кьельдаля [340]. Определение линейной плотности элементарных хлопковых волокон осуществлялось посредством взвешивания штапелька известной длины с заранее подсчитанным числом волоконец [344]. Линейная плотность рассчитывалась по формуле
Изучение влияния жидкого аммиака на набухание, сорбционные свойства суровой хлопчатобумажной пряжи и изменение её химического состава
Набухание волокнистых материалов является необходимым условием осуществления их структурной модификации. Процесс набухания в жидком аммиаке хлопковых волокон, находящихся в свободном состоянии, изучен достаточно полно [78,81]. Однако в литературе не имеется сведений о закономерностях набухания под действием указанного реагента пряжи - сложного комплекса скрученных и прижатых друг к другу хлопковых волокон, на свойства которой влияют не только характеристики входящих в её состав элементарных волокон, но и их расположение и взаимодействие. В то же время из литературы известно, что наиболее сильное благоприятное влияние жидкий аммиак оказывает на физико-механические характеристики именно хлопчатобумажной пряжи, а не волокна, прядильного полуфабриката или ткани [107-117]. Указанный факт позволяет предположить, что значительный вклад в достигаемый эффект вносит изменение под действием жидкого аммиака не только тонкой структуры целлюлозы, но и структуры обрабатываемого материала как комплекса взаимодействующих элементарных хлопковых волокон. Это свидетельствует о важности изучения изменения структуры пряжи при набухании в жидком аммиаке.
В связи со значительной разницей структуры пряжи традиционного кольцевого (веретенного) и пневмомеханического (безверетенного) способов прядения подробно рассматривался вопрос об особенностях воздействия жидкого аммиака на пряжу каждого вида. Для получения более полной и объективной картины полученные данные сравнивались с результатами исследования набухания пряжи в растворах гидроксида натрия при традиционной мерсеризации (методика обработки описана в части 2.1.4). С помощью метода полного раскручивания, описанного в части 2.2.1, была изучена кинетика процесса набухания пряжи в указанных реагентах. На рис. 4 в качестве примера приведены кинетические кривые набухания пряжи пневмомеханического и кольцевого способа прядения различной линейной плотности.
Аналогичные кинетические кривые сняты для процессов набухания в жидком аммиаке и едком натре нитей основы пневмомеханического и кольцевого прядения других линейных плотностей, а также кольцевой уточной пряжи и крученой кольцевой пряжи в два сложения.
Во всех случаях определение тангенсов углов наклона касательных к кинетическим кривым, характеризирующих скорости процессов набухания пряжи (табл. 7), показало, что скорость набухания текстильной нити в жид ком аммиаке приблизительно в 10 - 16 раз выше скорости набухания в растворе гидроксида натрия. В то же время, как видно из рис. 5, величина равновесного набухания выше в растворах гидроксида натрия.
Более высокую скорость набухания хлопчатобумажной пряжи в жидком аммиаке можно объяснить лучшей смачиваемостью волокнистого материала в этом реагенте за счет его слабого поверхностного натяжения, малых размеров и низкой степени ассоциации молекул аммиака, а также меньшей, чем у щелочного раствора, вязкости. С малыми размерами молекул аммиака и низкой их ассоциацией связана также меньшая величина равновесного набухания пряжи в среде этого реагента.
Сделанные на основании экспериментальных данных по набуханию пряжи в жидком аммиаке и растворах едкого натра выводы о скорости и интенсивности процессов набухания хорошо коррелируют с приведенными в литературе результатами изучения набухания одиночных хлопковых волокон [79,80].
Подготовка хлопчатобумажной пряжи к ткачеству способом последовательной обработки её жидким аммиаком и водным раствором неионогенного ПАВ
Кроме однованного способа подготовки хлопчатобумажной пряжи к ткачеству с использованием жидкого аммиака, обоснован и разработан двух-ванный способ, который реализуется при обработке текстильной нити жидким аммиаком с удалением его промывкой водой на стадии вытяжки волокнистого материала. Одновременно с удалением жидкого аммиака происходит обработка текстильной нити водным раствором ПАВ.
Процесс последовательной обработки пряжи жидким аммиаком и ПАВ проводился по следующему режиму: пропитка жидким аммиаком в течение 3 секунд, отжим, нанесение ПАВ из водной ванны при одновременном удалении реагента и вытяжке волокнистого материала на 6%, отжим, сушка. На основании анализа литературных данных и проведения предварительных исследований установлено, что в этом случае наибольший эффект приносит использование неионогенных ПАВ, в частности, препаратов, относящихся к группе оксиэтилированных жирных спиртов и кислот - стеарокса-920 и ок-санола 0-18 (ГЛБ, по Дэвису, соответственно 12,6 и 17,6 [385]).
В работе оценивались важнейшие физико-механические характеристики хлопчатобумажной пряжи, обработанной последовательно жидким аммиаком и водными растворами стеарокса-920 и оксанола 0-18 при различных концентрациях препаратов в растворе. В табл. 23 приведены данные, характеризующие комплекс свойств пряжи 35,7 текс, обработанной по двухванно-му способу.
Из таблицы следует, что нанесение на пряжу, обработанную жидким аммиаком, в процессе удаления реагента неионогенных ПАВ приводит к значительному улучшению физико-механических свойств текстильной нити. Выносливость пряжи к истиранию увеличивается в 2 - 2,1 раза, выносливость к многократному растяжению - в 2,1 - 3,8 раза, прочность возрастает на 13 - 18%. Особенное внимание обращает тот факт, что одновременно заметно улучшаются упруго-эластические свойства пряжи, хотя, как было указано выше, под действием жидкого аммиака с удалением его промывкой происходит особенно сильное снижение разрывного удлинения пряжи (с 3,9 до 2,9%) и степени эластичности (с 19,5 до 12%). При обработке пряжи жидким аммиаком и ПАВ по двухванному способу её разрывное удлинение уве личивается в 1,3 - 1,5 раза, степень эластичности также значительно возрастает. Максимальное улучшение физико-механических свойств пряжи достигается при концентрации ПАВ в водной ванне от 3 г/л и выше.
Как было показано выше, механизм действия ПАВ, нанесенных на поверхность элементарных волокон, которые образуют хлопчатобумажную пряжу, во многом определяется их количеством. Графики, приведенные на рис. 17, позволяют оценить, какое количество неионогенных ПАВ, в зависимости от концентрации их в водном растворе, наносится на обработанную жидким аммиаком пряжу. При концентрации в водной ванне неионогенных ПАВ 3 г/л на пряже содержится 1,16% стеарокса-920 и 1,71% оксанол а 0-18.
Для того чтобы определить, какое количество слоев ПАВ образуется на пряже, можно проделать небольшой расчет, несколько отличающийся от приведенного выше расчета количества анионного препарата. При его проведении следует учитывать, что, благодаря строению неионогенных ПАВ, их молекулы, в отличие от анионных, ориентируются не перпендикулярно поверхности волокна, а вдоль него. Такая ориентация молекул может позволить им проникать в микропоры и микропустоты волокна. Следует отметить, что удаление жидким аммиаком воскообразных веществ из первичной стенки и кутикулы волокна делает микропоры более доступными для молекул ПАВ.
Очень важным фактором является наличие эффекта вакуумирования, который возникает при удалении аммиака промывкой водой за счет испарения реагента. Он также способствует проникновению раствора ПАВ в поры хлопкового волокна, доступные вследствие нарушения целостности поверхностного слоя природных восков.
Следовательно, при расчете общей поверхности элементарных волокон, на которых формируется слой ПАВ, нужно учитывать их удельную внутреннюю поверхность
Суммарная боковая поверхность элементарных волокон отрезка пряжи линейной плотности 35,7 текс, состоящей из 200 волокон среднего диаметра 1,93-10"5 м длиной 1 м составляет: Snos-eoj,. = 200-3,14-1,93-10-М = 12,12-10 V. Значения удельной внутренней поверхности хлопковой целлюлозы, обрабо-тайной жидким аммиаком, много больше, и составляют 3,1 - 3,5 м /г (см. табл. 1 главы 1 [92]). Следовательно, значением площади боковой поверхности при расчете можно пренебречь. Минимальная общая площадь 1 г пряжи 35,7 текс равна
