Отделочные препараты и химизм протекающих процессов

Для придания тканям из целлюлозных волокон тех или иных свойств применяют аппреты различных видов.

Смываемые аппреты. Основными аппретирующими вещест­вами в составе смываемых аппретов являются крахмалы (рисо­вый, маисовый, пшеничный, картофельный), декстрин, клей. Композиции на основе крахмала в некоторых случаях еще ис­пользуются для бельевых, светлоокрашенных и белоземельных тканей.

В состав аппретов в зависимости от назначения ткани могут входить подцвечивающие вещества (оптические отбеливатели, ультрамарин), утяжеляющие вещества (сульфаты бария, маг­ния, мел, каолин), гигроскопические (глицерин), антисептики (салициловая кислота и др.), мягчители (стеариновое мыло, масла) и другие компоненты.

Малосмываемые аппреты на основе термопластичных поли­меров. В настоящее время крахмал при аппретировании тканей успешно заменяют синтетическими смолами. При этом дости­гается не только экономия пищевых продуктов, но и повышает­ся качество отделки тканей за счет получения эффектов значи­тельно более устойчивых к стиркам и другим видам воздейст­вия.

Особое значение получили композиции на основе термопла­стичных полимеров. В текстильной промышленности термопла­стичные полимеры используют в виде эмульсий или латексов с содержанием сухих веществ в технических продуктах 20 — 30 %. Широкое применение находят полиэтиленовая и поливинилацетатная эмульсии, эмульсии на основе полиакриловых соедине­ний (эмукрилы С и М), полиметилметакрилатный латекс, латексы на основе каучуков и др.

Нанесенная на ткань эмульсия (латекс) после высушивания образует тонкую и равномерную пленку на волокне. В большин­стве случаев пленки удерживаются на материале за счет адгезионных физических сил. Их величина определяется природой волокна и полимера, а также толщиной пленки, причем, чем тоньше пленка, тем выше сцепляемость, ее с волокном.

Малосмываемый аппрет на основе термопластичных поли­меров для хлопчатобумажных тканей имеет следующий состав (г/л): поливинилацетатная эмульсия (50 % -ная) — 10 — 20, по­лиэтиленовая эмульсия (20 % -ная) — 10 — 20.

Несмываемые аппреты на основе термореактивных смол. Для получения несмываемых аппретов на основе термореактив­ных смол используют различные их предконденсаты.

Предконденсатами термореактивных смол называют низко­молекулярные соединения, которые, будучи нанесенными на волокно в определенных условиях (катализатор, нагревание), способны к поликонденсации с образованием сшитых нераст­воримых в воде смол. Кроме реакции поликонденсации, молеку­лы предконденсата способны взаимодействовать также с макро­молекулами целлюлозного волокна. Это обеспечивает прочное закрепление смолы на ткани.

Предконденсаты термореактивных смол используют для при­дания изделиям из целлюлозных волокон свойств наполненно­сти, малоусадочности, малосминаемости, формоустойчивости. С их помощью достигается устойчивость эффектов тиснения, лощения, серебристо-шелковистой отделки.

Особое распространение получили препараты под техниче­скими названиями карбамол, карбамол ЦЭМ, карбамол ГЛ, метазин, гликазин, карбозоны Э и О. Все они являются метилольными (т. е. содержащими — СН₂ОН-группы) производны­ми органических соединений и по своей реакционной способно­сти могут быть разделены на две подгруппы. К первой относят­ся соединения, молекулы которых легче взаимодействуют между собой (давая сшитые нерастворимые продукты), чем с макромолекулами целлюлозы. Такими являются, например, предконденсаты мочевиноформальдегидных (карбамол) и меламиноформальдегидных (метазин) смол.

Основным веществом предконденсата мочевиноформальдегидной смолы является диметилолмочевина. Ее получают из мо­чевины и формальдегида по реакции

Технический продукт — карбамол — является 40 %-ной вод­ной пастой, содержащей диметилолмочевину и не вступившие в реакцию исходные продукты — мочевину и формальдегид.

Диметилолмочевина обладает высокой реакционной способ­ностью вследствие наличия в молекуле свободных — СН₂ОН - групп и активных атомов водорода у атомов азота. Поэтому тех­нические продукты не подлежат длительному хранению.

Основой технического препарата метазин являются продук­ты реакции меламина с формальдегидом. В зависимости от ко­личества использованного формальдегида получаются различ­ные соединения. Наиболее реакционноспособным из них являет­ся триметилолмеламин.

Метилольные производные меламина являются еще более ак­тивными, чем диметилолмочевина, и поэтому их метилольные группы частично алкилируют. Таким препаратом и является ме­тазин.

Карбамол и метазин хорошо растворимы в воде, что сущест­венно облегчает их применение.

Под действием температуры и катализатора молекулы этих соединений активно взаимодействуют между собой (поликонден­сация), образуя смолу в структуре волокна. На примере диметилолмочевины (карбамола) процесс может быть представлен следующим образом

Кроме указанного течения реакции с образованием метиленовых мостиков — СН₂ — может происходить поликонденсация молекул диметилолмочевины с образованием эфирных свя­зей — СН₂ — О — СН₂ —. Ход реакции зависит от условий про­цесса.

При обработке целлюлозных материалов водные растворы отделочных препаратов заполняют субмикроскопические поры и пустоты аморфной и, возможно, переходной областей волокна. Затем при создании определенных температурных и других ус­ловий в этих пустотах протекают химические реакции смолооб­разования и взаимодействия с функциональными — ОН группами целлюлозы. Образующиеся смолы сохраняют часть свободных метилольных групп, которые взаимодействуют с гидроксильными группами целлюлозы с образованием ковалентных связей

Если смола образует, по крайней мере, две химические свя­зи с двумя макромолекулами целлюлозы, то происходит сшив­ка макромолекул целлюлозы. Кроме того, смолы связываются с целлюлозными и гидратцеллюлозными волокнами за счет водо­родных и межмолекулярных связей.

Ко второй группе относятся соединения, более склонные к реакциям взаимодействия с — ОН- группами целлюлозы, чем друг с другом. Широкое применение находят продукты такого типа, являющиеся метилольными производными циклической этиленмочевины (карбамол ЦЭМ — формула слева), пропиленмочевины, дигидроксиэтиленмочевины (карбамол Г Л — форму­ла справа), триазинонов (карбазоны Э и О) и др.

Диметилолэтиленмочевина и другие соединения второй под­группы не содержат активных атомов водорода у атомов азота, что обусловливает снижение их реакционной способности в про­цессе отделки и обеспечивает лучшую устойчивость препаратов при хранении.

Реакции сшивки макромолекул и смолообразования для всех указанных предконденсатов протекают с достаточной скоростью при температуре 110 —160 °С и в присутствии катализаторов. В качестве катализаторов применяют различные кислые соли (хлористый магний, хлористый аммоний, хлористый цинк), сла­бые органические кислоты или комбинации этих веществ. Счи­тают, что действие катализаторов основано на создании кислой среды при повышенной температуре.

На примере карбамола ЦЭМ протекающие реакции могут быть представлены следующим образом

В образовании сшивок могут участвовать одна (как показа­но на схеме), две и, возможно, больше молекул диметилолэтиленмочевины.

Основным недостатком использования предконденсатов тер­мореактивных смол является существенная потеря тканями ме­ханической прочности (до 40—50 % для хлопчатобумажных и до 60 % для льняных). При этом ухудшается также устойчивость к истиранию. Ткани из гидратцеллюлозных волокон теряют прочность в меньшей степени, но потери устойчивости к истира­нию остаются существенными.

Уменьшение потерь прочности и устойчивости к истиранию достигается введением в состав аппретов термопластичных по­лимеров (полиэтиленовой, поливинилацетатной эмульсий) или кремнийорганических соединений, а также правильным выбором более эффективного катализатора и снижением вследствие это­го температуры термообработки. Изменение структуры хлопко­вого волокна на предварительных стадиях, например при мерсе­ризации под натяжением, также позволяет снизить потери проч­ности в результате аппретирования карбамолом ЦЭМ.

Другим недостатком можно считать появление неприятного запаха у изделий, обработанных предконденсатами с использо­ванием катализаторов, особенно солей аммония. Требуется тща­тельная промывка ткани после аппретирования.

Препараты для придания несминаемости в мокром состоя­нии. В нашей стране создан и выпускается катионоактивный пре­парат этамон ДС на основе этиленмочевины

Этамон ДС представляет собой подвижную жидкость, содер­жащую 50 % основного вещества. Он хорошо разбавляется во­дой и устойчив даже в жесткой воде и в присутствии электро­литов. Этамон ДС совмещается с другими отделочными препа­ратами (карбамолом, метазином, карбамолом ЦЭМ, полиэтиленовой эмульсией и др.). Для придания малосминаемости в состав аппрета вводят 250—300 г/л этамона ДС.

Считают, что при обработке целлюлозных материалов этамоном ДС в конечном итоге получаются такие же продукты в волокне, как и в случае обработки карбамолом ЦЭМ, посколь­ку препарат в условиях термообработки разлагается с выделе­нием циклической диметилолэтиленмочевины, которая и реаги­рует с макромолекулами целлюлозы. В результате разложения этамона ДС выделяются и другие вещества, которые вызывают набухание волокна во время образования сшивок, и ткани при­обретают, эффект малосминаемости во влажном состоянии. Прочностные свойства тканей при этом выгодно отличаются. Потеря прочности в результате обработки этамоном ДС не пре­вышает 10 — 15 %.

Карбамол ЦЭМ также можно использовать для придания несминаемости во влажном состоянии, но при этом сшивка мак­ромолекул целлюлозы должна происходить обязательно в на­бухшем волокне.

Очень высокие показатели несминаемости во влажном состоя­нии могут быть получены с помощью препаратов на основе дивинилсульфона, например β-оксиэтилсульфона и его производ­ных. Простейшее из них сульфатное производное β-оксиэтилсульфона: NaO₃SO—CH₂—CH₂—SO₂—CH₂—CH₂—OSO₃Na. Известен еще целый ряд препаратов: метилолакриламид, произ­водные эпихлоргидрина и др. Действие всех этих веществ так­же основано на образовании поперечных мостиков-сшивок меж­ду макромолекулами волокна.