WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

На правах рукописи

Вашурина Ирина Юрьевна

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГУМУСОВЫХ КИСЛОТ

КАК КАТАЛИЗАТОРОВ И ИНТЕНСИФИКАТОРОВ

ХИМИКО-ТЕКСТИЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ

05.19.02 Технология и первичная обработка

текстильных материалов и сырья

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

доктора химических наук

Иваново-2009

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ивановский государственный химико-технологический университет» и в Учреждении Российской академии наук «Институт химии растворов РАН»

Научный консультант –

доктор химических наук, член-корреспондент РАН 

Койфман Оскар Иосифович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Кричевский Герман Евсеевич

доктор химических наук, старший научный сотрудник

Телегин Феликс Юрьевич

доктор химических наук, профессор

Клюев Михаил Васильевич

Ведущая организация:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский  государственный текстильный университет им. А.Н. Косыгина»

Защита  состоится «12.»  октября 2009 г. в 10 часов  на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.063.03 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ивановский государственный химико-технологический университет»

по адресу: 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ивановский государственный химико-технологический университет»

по адресу: 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 10.

.

Автореферат  разослан « …. » сентября 2009 г.

Ученый секретарь совета Д 212.063.03   Шарнина Л.В.
ОБЩАЯ  ХАРАКТЕРИСТИКА  РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из наиболее острых экологических проблем в текстильной промышленности является выброс в окружающую среду жидких отходов отделочного производства, поскольку именно в них аккумулируются самые вредоносные неиспользованные соединения, главным образом, красители и текстильно-вспомогательные вещества. В свете сложившейся ситуации, очевидны актуальность и своевременность таких исследований, которые направлены на создание научных основ использования в качестве текстильных вспомогательных веществ безопасных как для гидросферы, так и для человека природных соединений. Желательно, чтобы их внедрение в химико-текстильные процессы открывало новые возможности интенсификации последних, а также повышения степени полезного использования красителей и химических реагентов. При этом производство природных текстильных вспомогательных веществ не должно наносить ущерба окружающей среде, следовательно, их сырьевой источник должен быть возобновляемым, а технология выделения – безвредной и безотходной. Замена  в традиционных технологических составах экологически опасных синтетических препаратов на природные соединения обеспечивает повышение экологического статуса не только производства текстильных изделий, но и их самих. Именно этот подход к усовершенствованию химико-текстильных технологий реализован в настоящей работе.

В качестве природных соединений, способных составить основу новых препаратов для интенсификации и экологизации химико-текстильных процессов, предложено использовать гумусовые кислоты, а в качестве сырья для их производства – торф. Благодаря постоянному росту торфяной залежи, количество торфа в России ежегодно увеличивается на 250 млн. тонн, что значительно больше, чем потребляется в настоящее время. Выделение гумусовых кислот из торфа осуществляется экстракцией слабыми растворами щелочей, при этом нерастворимый остаток может быть использован как органическое удобрение.

Гумусовые кислоты, синтезирующиеся в природе по  принципам естественного отбора наиболее устойчивых к биоразложению структур, представляют собой объекты стохастического (вероятностного) характера и в иерархии сложности строения органических соединений занимают одну из самых высоких ступенек. Вместе с тем, фундаментальными исследованиями последних лет выявлена типологизируемость систем гумусовых кислот и доказана хорошая воспроизводимость свойств препаратов при их повторном выделении из природных источников одного и того же происхождения по единой методике. Это открывает возможность стандартизации гуминовых препаратов для текстильной химии при их промышленном выпуске.

Перспективность гумусовых кислот как потенциальных вспомогательных препаратов для химико-текстильных технологий связана, прежде всего, с их каталитической активностью в редокс процессах, обусловленной наличием в их молекулах обратимо восстанавливающихся и окисляющихся хинонно-фенольных группировок и ионов переходных металлов, входящих в состав прочных комплексов с органической матрицей. Ориентация на каталитические процессы, в свете принципов зеленой химии, преследует цель достижения полноты использования агрессивных химических реагентов. В сфере химико-текстильного производства это особенно актуально для процессов восстановления кубовых красителей серосодержащими восстановителями и окисления крахмала хлорсодержащими окислителями.

Другими ценными свойствами  гумусовых кислот являются их выраженная склонность к гидрофобным взаимодействиям в растворе, поверхностная активность, способность стабилизировать коллоидные системы, хорошая совместимость с полимерами различного молекулярного строения. Наиболее полно перечисленные свойства гумусовых кислот могут быть реализованы при их включении в составы для колорирования тканей не растворимыми в воде кубовыми красителями, когда необходимо использование специальных выравнивателей и диспергаторов, а также в процессах, основанных на применении крахмалсодержащих препаратов.

Поскольку по данному целевому назначению гумусовые кислоты ранее не применялись совершенно, очевидна необходимость и своевременность научного обоснования и экспериментального исследования их каталитической активности и интенсифицирующего действия в химико-технологических процессах. Совокупные результаты работы можно рассматривать как новое научно-техническое направление в области химии и технологии текстильных материалов.

Работа выполнена по планам НИР Института химии растворов РАН на 1998-2006 г.г. и Ивановского государственного химико-технологического университета на 2007-2009 г.г., а также при поддержке грантами РФФИ № 05-04-96405 (р), 06-04-08048 (офи) и проектом «СТАРТ-2006» Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (Государственный контракт № 4302 р/6530).

Цель работы заключалась в создании научных основ использования гумусовых кислот в качестве редокс-катализаторов и интенсификаторов химических и физико-химических процессов текстильной химии, протекающих в жидкофазных системах (растворах, гидрогелях и т.п.); в разработке на базе развитых представлений новых составов для колорирования тканей кубовыми красителями и шлихтования хлопчатобумажной пряжи, отличающихся более высокими технологическими и экологическими характеристиками, чем традиционные.

В работе были решены следующие научные и практические задачи:

  • Спектрофотометрическим методом, с привлечением современных способов обработки данных и собственных оригинальных методик, проведено системное изучение влияния гумусовых кислот, выделенных из торфа, на состояние в водных средах органических красителей ионогенного и неионогенного типа. Сформированы представления о механизмах взаимодействия лейкосоединений кубовых красителей с гумусовыми кислотами и вскрыты причины интенсификации гумусовыми кислотами процессов массопереноса красителей из раствора в волокнистый субстрат при крашении тканей.
  • Опираясь на результаты комплексной оценки редокс превращений в гумусовых кислотах и всестороннего исследования воздействия гумусовых кислот на кинетику восстановления серосодержащими восстановителями сульфированных 1,4-диаминозамещенных антрахинона (кислотных красителей) как модельных водорастворимых соединений, обоснован механизм катализа гумусовыми кислотами реакции восстановления не растворимых в воде кубовых красителей. Сопоставлена каталитическая активность гумусовых кислот и традиционных синтетических катализаторов, применяемых в процессах колорирования текстильных материалов кубовыми красителями.
  • Впервые рядом фундаментальных методов охарактеризовано влияние гумусовых кислот торфа на процесс образования гидрогелей крахмала в широком диапазоне концентраций щелочного и окисляющего реагентов. Выявлены существенные химические и структурные превращения в крахмальных гидрогелях, приводящие к комплексному улучшению их технологических характеристик. Доказано, что в основе выявленных эффектов лежит катализ гумусовыми кислотами реакции окисления крахмала бензолсульфохлорамидом.
  • На базе развитых представлений о каталитической и интенсифицирующей роли гумусовых кислот в изученных химических и массообменных процессах, разработаны новые технологические составы для колорирования тканей кубовыми красителями и шлихтования хлопчатобумажной пряжи, отличающиеся более высоким экологическим статусом и более высокой эффективностью.

Общая характеристика объектов и методов исследования. Гумусовые кислоты торфа, являвшиеся объектом внедрения в химико-текстильные технологии в качестве текстильно-вспомогательных веществ полифункционального действия, исследовали в виде водорастворимой натриевой соли (гумата). Препарат гумата натрия выделяли из низинного торфа экстракцией 0.1 N раствором гидроксида натрия, нейтрализовали соляной кислотой и подвергали диализу для освобождения от низкомолекулярных примесей. Охарактеризован элементный, микроэлементный состав препарата и содержание основных функциональных группировок. В работе использованы очищенные и технические красители, содержащие в молекулах хинонные группировки – кислотные (1,4-диаминопроизводные антрахинона) и кубовые (полициклические), текстильно-вспомогательные вещества выравнивающего и диспергирующего действия, синтетические катализаторы восстановления кубовых красителей, серосодержащие восстановители (гидроксиметансульфинат натрия, диоксид тиомочевины, дитионит натрия), бензолсульфохлорамид, гидроксид натрия, супероксид калия, пероксид водорода и другие реагенты. Волокнистыми субстратами являлись хлопчатобумажный миткаль, льняная ткань, хлопчатобумажная пряжа нескольких видов.

В исследованиях применены современные фундаментальные методы – спектрофотометрический, кинетический, потенциометрический, вискозиметрический, разнообразные аналитические методики – как стандартные, так и оригинальные. Моделирование технологических процессов колорирования тканей и шлихтования пряжи проводили на стандартных и модифицированных приборах и специально созданных лабораторных установках.

Показатели эффективности колорирования текстильных материалов, физико-механические характеристики пряжи и полимерных пленок оценивали по соответствующим ГОСТам, а также с использованием специально разработанных методик.

Научная новизна. Впервые предложено использовать природные гумусовые кислоты в их водорастворимой солевой форме как новый тип экологически безопасных и нетоксичных текстильно-вспомогательных веществ. Научно обосновано применение гумусовых кислот, выделенных из торфа, в качестве эффективных редокс катализаторов и интенсификаторов химико-текстильных процессов.

Наиболее значимые научные результаты, полученные впервые:

  • Установлены закономерности влияния гумусовых кислот на состояние в растворе восстановленных форм кубовых красителей (лейкокислоты и соли лейкокислоты), а также на сорбцию и диффузию красителей в целлюлозном волокне; вскрыты причины интенсификации гумусовыми кислотами массообменных процессов при крашении тканей из целлюлозных волокон кубовыми красителями;
  • Кинетическими и потенциометрическими исследованиями выявлено наличие в торфяных гумусовых кислотах двух типов обратимо восстанавливающихся фрагментов, которыми являются ионы переходных металлов, входящие в состав прочных комплексов с органической частью молекул, и хинонные/карбонильные группы. Первые восстанавливаются исключительно легко (совместно с растворенным кислородом), вторые – по завершении восстановления активных форм кислорода, накапливающихся в растворе в результате взаимодействия растворенного кислорода с серосодержащими восстановителями;
  • С использованием модельных водорастворимых объектов (кислотных антрахиноновых красителей) экспериментально доказана каталитическая активность гумусовых кислот торфа в реакции восстановления  кубовых красителей гидроксиметансульфинатом натрия и диоксидом тиомочевины, по эффективности сопоставимая с активностью традиционных катализаторов, но реализующаяся при концентрациях, на порядок меньших;
  • Обнаружено и подтверждено экспериментально выраженное антиоксидантное действие гумусовых кислот торфа в водных щелочных средах, проявляющееся в диспропорционировании супероксид ион-радикала и пероксид иона; препятствуя накоплению в жидких технологических составах указанных активных форм кислорода, гумусовые кислоты направляют восстановитель на взаимодействие с красителем и тем обеспечивают возможность существенного снижения расхода восстановителя;
  • Установлен факт катализа гумусовыми кислотами реакции окисления крахмала бензолсульфохлорамидом, входящим в состав крахмальных гидрогелей для шлихтования хлопчатобумажной пряжи; результатом катализа является возрастание в полтора раза содержания карбоксильных групп в крахмале и практически полное расходование окислителя;
  • Выявлено мощное разрушающее воздействие добавок малых количеств гумусовых кислот в крахмальные шлихтующие гели на их структуру, проявляющееся в переходе к ньютоновскому режиму течения; доказано, что в основе эффекта лежит не деполимеризация полисахарида, а разрушение межмолекулярных связей в гелях; 
  • Экспериментально показано, что применение крахмально-гуматных клейстеризованных составов в шлихтовании хлопчатобумажной пряжи обеспечивает комплексное улучшение ее свойств, обусловленное значительным повышением текучести шлихтующего состава, увеличением его адгезии к целлюлозному волокну, а также существенным возрастанием эластичности образующейся полимерной пленки.

Практическая значимость.  Совокупность результатов фундаментальных исследований и базирующихся на них технологических разработок следует расценивать как новое перспективное научно-техническое направление. Предложены новые  составы для колорирования тканей кубовыми красителями и шлихтования хлопчатобумажной пряжи, позволяющие, благодаря наличию в них малых количеств гумусовых кислот, поднять экологический и экономический статус действующих технологий за счет исключения ряда синтетических текстильно-вспомогательных препаратов, увеличения степени полезного использования реагентов, сокращения энергозатрат на тепловые обработки.  Производство гуматов может быть организовано по безотходным экологически чистым крупнотоннажным технологиям. Итогом внедрения гумусовых кислот в химико-текстильные процессы будет являться повышение экологичности и экономичности химико-текстильных технологий и сокращение объема производства синтетических препаратов.

Практическая часть диссертации включает успешные промышленные испытания и внедрение ряда технологических разработок.

  • Испытаниями, проведенными в отделочном производстве ЗАО «Большая Костромская льняная мануфактура», показано, что включение торфяных гумусовых кислот (препарат «Гумитекс») в составы для печатания льняной ткани кубовыми позволяет вдвое сократить время обработки ткани насыщенным водяным паром, увеличив при этом степень фиксации кубовых красителей на 2-9%.
  • В ходе расширенных испытаний нового крахмального шлихтующего состава, содержащего добавку гумусовых кислот торфа (препарат «Тотекс»), на АО «Кохматекстиль» выявлена возможность  сокращения концентрации в шлихте пищевых продуктов (крахмала – с 65 г⋅л-1 до 40 г⋅л-1, муки – с 70 г⋅л-1 до 35 г⋅л-1) и одновременного исключения из нее мягчителя. Последующие процессы ткачества, подготовки суровой ткани и ее печатания активными красителями и пигментами при этом проходили без изменений.
  • В приготовительном и ткацком производствах Лежневской прядильно-ткацкой фабрики (Ивановская область) включение торфяных гуматов (препарат «Тотекс») в крахмальные шлихтующие составы обеспечило возможность их повторного использования после длительных технологических перерывов и полное исключение сброса неиспользованных остатков шлихты в сточные воды. Применение крахмально-гуматных шлихтующих составов привело к уменьшению коэффициента обрывности пряжи в ткачестве на 0.04-0.08%.
  • После успешных производственных испытаний препарат «Тотекс» (торфяные гуматы) внедрен на Лежневской прядильно-ткацкой фабрике.

Все перечисленные выше эффекты, полученные в производствах, подтверждены соответствующими актами об испытаниях и внедрении технологических разработок.

Автор защищает:

  • Установленные закономерности влияния гумусовых кислот на состояние в растворе восстановленных форм кубовых красителей (лейкокислоты и соли лейкокислоты) и предложенный механизм интенсификации под действием гумусовых кислот массообменных процессов при крашении текстильных материалов кубовыми красителями;
  • Доказательства редокс катализа гумусовыми кислотами реакций восстановления кубовых красителей серосодержащими восстановителями и окисления крахмала бензолсульфохлорамидом;
  • Экспериментальные свидетельства антиоксидантной активности гумусовых кислот, проявляющейся в диспропорционировании активных форм кислорода – супероксид ион-радикала и пероксид-иона;
  • Выявленные структурные и химические превращения в шлихтующих гидрогелях крахмала при введении в них торфяных гуматов, обусловливающие комплексное улучшение показателей шлихтования пряжи;
  • Предложенные новые составы для колорирования тканей кубовыми красителями и шлихтования хлопчатобумажной пряжи, характеризующиеся более высоким экологическим статусом и экономичностью.

Апробация результатов работы. Основные материалы диссертации доложены, обсуждены и получили положительную оценку на следующих конференциях: Межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые – развитию текстильной и легкой промышленности» (Поиск - 2000, 2001, 2002, 2003, 2004, 2005), г. Иваново; Международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс-2002, 2003, 2004, 2005), г. Иваново; Международных научно-технических конференциях «Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах», г. Иваново, 1998, 2001 г.г., г. Плес, 2004 г.;  III Всероссийской конференции «Гуминовые вещества в биосфере», г. Санкт-Петербург, 2005 г.;  Международной конференции «Достижения текстильной химии – в производство», г. Иваново, 2004 г.;  Всероссийской конференции «Новые лекарственные средства: успехи и перспективы», г. Уфа, 2005 г.; Всероссийской конференции и II школы  «Окисление, окислительный стресс и антиоксиданты», г. Москва, 2006 г.;  IV Всероссийской научной конференции  «Химия  и  технология  растительных  веществ», г. Сыктывкар,  2006 г.;  4 Съезда общества биотехнологов России, г. Пущино, 2006 г.

Разработки в области химико-текстильных технологий награждены Серебряной медалью на Международном Салоне промышленной собственности «АРХИМЕД-2004» (г. Москва) и Бронзовой медалью на 5 Московском международном салоне инноваций и инвестиций (2005 г.).

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 31 статье, 23 из которых – в журналах, рекомендованных ВАК, а также в 2 патентах.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, литературно-аналитического обзора, методической части, обсуждения результатов, выводов, списка литературы, включающего 478 источников, и приложений. Основная часть работы содержит 285 страниц текста, 79  рисунков, 22 таблицы, 5 приложений.

Вклад автора в выполнение диссертационной работы состоял в формировании направления, постановке задач, личном участии во всех этапах исследования, обсуждении экспериментальных данных.

СОДЕРЖАНИЕ  РАБОТЫ

Глава 1. Гумусовые кислоты как новый вид реагентов

для текстильно-химических технологий (литературные данные)

Глава содержит пять разделов, в которых представлены общие сведения о строении и свойствах природных гумусовых кислот как основной реакционноспособной части гуминовых веществ. Кроме того, обоснован выбор в качестве предполагаемого текстильно-вспомогательного препарата полифункционального действия водорастворимых натриевых солей гумусовых кислот торфа (гуматов), а в качестве объектов вживления их в химико-текстильное производство – технологий колорирования тканей кубовыми красителями и шлихтования хлопчатобумажной пряжи.

Глава 2. Роль текстильно-вспомогательных веществ в колорировании

текстильных материалов кубовыми красителями (литературные данные)

Изложены современные взгляды на механизмы реакционной способности серосодержащих восстановителей, высвечены узкие места их использования в технологиях колорирования текстильных материалов кубовыми красителями – невысокие скорости восстановления красителей при использовании в качестве восстанавливающего реагента гидроксиметансульфината натрия, а также большой перерасход восстановителей вследствие генерации в жидких красильных системах в аэробных условиях активных форм кислорода. Обобщены и проанализированы данные о влиянии различных текстильно-вспомогательных веществ на состояние кубовых красителей в растворах, а также на адсорбцию и диффузию их в текстильном волокнистом материале.

Глава 3. Физико-химические основы приготовления крахмальной шлихты

и функции текстильно-вспомогательных реагентов (литературные данные)

В четырех разделах главы кратко охарактеризовано молекулярное и надмолекулярное строение крахмала, рассмотрены физико-химические процессы, протекающие при набухании и клейстеризации крахмала, проанализированы механизмы реакций окисления крахмала и гидролитического расщепления в присутствии щелочей.

Глава 4. Методическая часть

Дано описание объектов исследования, приведена методика выделения гумата натрия из торфа, охарактеризован его элементный, микроэлементный и функциональный состав. Кратко описаны использованные в работе методы исследования, включая спектрофотометрическое изучение кинетики реакций восстановления красителей, окисления и гидролиза крахмала, потенциометрическое титрование, вискозиметрию и реологию крахмальных гидрогелей. Изложены известные и оригинальные методики, применявшиеся для оценки эффективности колорирования тканей кубовыми красителями и шлихтования хлопчатобумажной пряжи гидрогелями на основе крахмала.

Глава 5. Влияние гумата натрия на состояние кубовых красителей в водных растворах

Воздействие на состояние красителей в растворах является мощным рычагом регулирования адсорбционно-диффузионных процессов при колорировании текстильных материалов, что достигается введением в красильные композиции различных ТВВ. Для оценки целесообразности использования гумата натрия, выделенного из торфа, как безопасной альтернативы синтетическим вспомогательным веществам, спектрофотометрическим методом исследовано его влияние на состояние в водной среде ряда систематически подобранных красителей – дисперсного, кислотного и кубовых. Последние изучены в двух восстановленных лейкоформах (ионизированнной и неионизированной) с тем, чтобы в дальнейшем проследить, как это проявится при крашении тканей по соответствующим технологиям.

Щелочно-восстановительные растворы, в которых кубовые красители существуют в ионизированной лейкоформе, весьма нестабильны вследствие высокой склонности красителя к ассоциации. В этой связи была разработана специальная методика оценки состояния красителя в растворе, учитывающая динамику развития ассоциативных процессов в ходе выполнения эксперимента. Результат представлен на Рис.1 на примере одного из кубовых красителей. Возрастание оптической плотности растворов красителя по мере увеличения концентрации гумата отражает процесс распада ассоциатов красителя вследствие взаимодействия последнего с добавкой. Немонотонность кривой свидетельствует о смене механизмов взаимодействия, что типично для ТВВ, обладающих поверхностной активностью. Следовательно, гумат натрия, подобно ПАВ, образует с ионизированным кубовым красителем соединения двух типов – гетероассоциаты и псевдомицеллы с включением красителя. Первое характерно для низких концентраций гумусовых кислот, второе – для более высоких концентраций, при которых их гибкие линейные молекулы формируют псевдомицеллярные структуры.

Неионизированная лейкоформа кубовых красителей (лейкокислота), получаемая подкислением щелочно-восстановительного раствора красителя до рН 5.5-6.5, практически не растворима в воде, и устойчивый коллоидный раствор образует только в присутствии диспергирующих соединений.

Проведен сравнительный анализ влияния гумата натрия, выделенного из торфа, и двух широко применяемых на практике диспергирующих реагентов – диспергатора НФ (продукта конденсации β-нафталинсульфокислоты и формальдегида, сокращенно – ДНФ) и триэтаноламина (ТЭА) – на состояние лейкокислот кубовых красителей в водных коллоидных растворах. Как следует из Рис. 2, по величине максимального диспергирующего эффекта в отношении лейкокислоты красителя Кубового ярко-зеленого С, гуминовый препарат занимает промежуточное положение между ДНФ и ТЭА, но содержание его при этом на порядок ниже. Аналогичная картина получена и для других кубовых красителей.

Для выявления более тонких различий в характере диспергирующего действия изученных трех соединений проведено разложение спектров коллоидных растворов лейкокислоты красителя Кубового ярко-зеленого С на гауссовы составляющие и с привлечением спектральных данных по растворам красителя в органических растворителях определено, что три полосы в суммарном спектре красителя в видимой области обусловлены поглощением света мономерами, две другие – ассоциатами различных типов.

На основании изменения интенсивности и полуширины гауссовых полос по мере увеличения содержания диспергирующих веществ в растворах лейкокислоты кубового красителя установлено, что, в дополнение к действию традиционных препаратов, которое сводится к высвобождению мономеров из ассоциатов кубового красителя, гумусовые кислоты торфа изменяют состав ассоциированной фракции красителя, увеличивая долю мелких ассоциатов.

Существенно более сильное диспергирующее действие гуминового препарата в отношении молекулярной формы восстановленного кубового красителя по сравнению с ионной обусловлено несколькими факторами. Первое – среди двух лейкоформ кубовых красителей именно молекулярная в полной мере способна ко взаимодействиям гидрофобного характера, наиболее свойственным гумусовым кислотам. Второе – в коллоидных растворах лейко-

кислот кубовых красителей (рН 5-6) сами гуматы ионизированы в меньшей степени, чем в щелочных растворах натриевых солей лейкокислот. Третье – именно в слабокислых растворах гуматы проявляют наибольшую поверхностную активность, что способствует их контакту с поверхностью коллоидных частиц лейкокислоты кубового красителя.

Глава 6. Взаимодействие кубовых красителей с гуматом натрия в воде

как средство повышения эффективности крашения тканей

Глава включает два раздела, в каждом из них оценена возможность замены традиционных ТВВ, используемых при крашении тканей кубовыми красителями, на гумат натрия, экстрагированный из торфа. При этом в выбранных технологиях кубовые красители функционируют именно в тех восстановленных формах, которые изучены в Главе 5.

Разработка состава для крашения тканей по щелочно-восстановительной технологии

Выявленные закономерности влияния гумусовых кислот на состояние кубовых красителей в щелочно-восстановительном растворе позволяют предполагать возможность их функционирования как соединений выравнивающего действия. Получение ровных окрасок при крашении из щелочно-восстановительных растворов является наиболее трудной задачей в связи с высоким сродством к целлюлозному волокну ионной формы кубовых красителей.

Способность гумата натрия повышать ровноту окрасок тканей трудноровняющими кубовыми красителями исследована несколькими методами, результаты которых хорошо коррелируют друг с другом. Показано, что по достигаемому результату препарат торфяного происхождения не уступает традиционным выравнивателям, а в ряде случаев превосходит их, будучи использованным в количествах, на порядок меньших.

Выявлено принципиальное отличие в действии гумусовых кислот в сравнении с известными препаратами выравнивающего действия: гумат натрия не только не снижает адсорбции красителя волокнистым материалом, но значительно повышает ее (Рис. 3).

Предложен механизм функционирования гумусовых кислот в изучаемых системах. В основе лежит представление о том, что гумусовая кислота как полимер может связывать в лабильный гетероассоциат сразу несколько мономеров красителя, каждый из которых закрепляется на отдельном центре. Для обычных выравнивателей характерно обратное – один ион кубового красителя взаимодействует сразу с несколькими молекулами выравнивателя. Отмеченная особенность и является причиной уникального технического эффекта, достигаемого в присутствии гуматов, а именно, увеличения выхода красителя в волокно при одновременном повышении ровноты окраски, что ранее было недостижимо и считалось взаимоисключающим. Исходя из современных положений теории крашения, механизм полученного технического эффекта можно представить следующим образом. Мономеры красителя, будучи связанными в упорядоченный гетероассоциат, легче покидают раствор и в большем количестве сорбируются в волокне. Вместе с тем, в волокно краситель поступает в мономолекулярном состоянии, что обеспечивает его высокую диффузионную подвижность и ровноту образуемых окрасок.

Разработка состава для крашения

тканей по лейкокислотной технологии

Установленное в Главе 5 диспергирующее действие гумусовых кислот, экстрагированных из торфа в водорастворимой солевой форме, в отношении лейкокислот кубовых красителей послужило основанием для проведения исследований, направленных на замену экологически чистым гуминовым препаратом синтетических диспергаторов, используемых при крашении тканей кубовыми красителями по лейкокислотной технологии. Пониженное сродство лейкокислот кубовых красителей к целлюлозе обеспечивает достижение хорошей ровноты крашения, но делает невозможным получение на тканях ярких окрасок, что является самым существенным недостатком рассматриваемого способа крашения. Как видно из Рис. 4, применение гумата натрия позволяет полностью устранить этот недостаток – увеличение содержания красителей в волокне достигает 23-63%. За нулевую точку принят состав, содержащий ДНФ в рекомендуемых пропорциях.

Сходство зависимостей на Рис. 3 и Рис. 4 указывает на то, что при крашении тканей ионной и неионной лейкоформами кубовых красителей в присутствии гумусовых кислот реализуется принципиально один и тот же механизм интенсификации, изложенный выше, причем для неионной формы эффект закономерно проявлен сильнее.

Составам, обеспечивающим максимальную адсорбцию красителя на ткани (концентрация торфяного гумата натрия – 0.075-0.1 г⋅л-1), соответствует минимальный сход красителя в растворяющую среду. Увеличение степени фиксации красителей в волокне означает их экономию и снижение загрязнения сточных вод производства.

Глава 7. Гумусовые кислоты торфа новый редокс катализатор

восстановления кубовых красителей

Факты высокой каталитической активности гумусовых кислот в природных редокс процессах давали основания предполагать, что это их свойство должно проявиться и в реакциях восстановления кубовых красителей серосодержащими восстановителями, являющихся химической подоплекой технологий колорирования текстильных материалов указанным классом красителей. В этой связи в Главе 7 изучен процесс восстановления гумата натрия как необходимая стадия редокс катализа и оценено его влияние на кинетику восстановления водорастворимых соединений, моделирующих не растворимые в воде кубовые красители (сульфированных 1,4-диаминозамещенных антрахинона). Кроме того, проведено сопоставление каталитической активности гумусовых кислот торфа и синтетических катализаторов, традиционно используемых в изучаемых химико-текстильных процессах.

Взаимодействие гумусовых кислот с серосодержащими восстановителями в растворе

Спектрофотометрическим методом изучена кинетика восстановления торфяного препарата гумата натрия диоксидом тиомочевины (ДОТМ) и гидроксиметансульфинатом натрия (ГМС). Кинетическая кривая восстановления диоксидом тиомочевины характеризуется наличием трех участков: на первом (линейном) оптическая плотность гумусовых кислот убывает, на втором остается неизменной (восстановления не происходит) и на третьем экспоненциально снижается до минимально возможной величины (Рис. 5).

Это, прежде всего, означает, что в молекулах исследованных торфяных гумусовых кислот содержится два вида фрагментов, способных к восстановлению, причем первый вид фрагментов восстанавливается исключительно легко – вместе с кислородом (участок I). Наличие на кинетической кривой участка II в виде плато свидетельствует о том, что в ходе реакции восстановления гумата при наличии растворенного кислорода в системе накапливается окислитель, легче реагирующий с сульфоксилатом (восстанавливающей частицей), чем фрагменты второго типа. Было предположено, что роль такого окислителя могут играть восстановленные формы кислорода (супероксид ион-радикал и пероксид ион), образующиеся в растворе при аэробном разложении серосодержащих восстановителей (схемы реакций 1-5):

(NH2)2CSO2 + 2 OH- → SO22- + (NH2)2CO + H2O (1)

SO22- + O2 → SO2- + O2- (2)

SO2- + O2 → SO2 + O2- (3)

SO22- + O2-  → SO2- + O22-  (4)

SO2-  + O2-  → SO2 + O22- (5)

Для проверки предположения из системы удаляли кислород, предотвращая тем самым образование его восстановленных форм. Это действительно привело к исчезновению плато (на кривой 3 Рис. 5 плато отсутствует). Напротив, введение в систему восстановленных форм кислорода (супероксида калия и пероксида водорода) вызвало удлинение второго участка, пропорциональное концентрации реагентов. На примере KO2 это показано на Рис. 6.

Для идентификации восстанавливающихся фрагментов в молекулах гумусовых кислот торфа, а также для оценки обратимости реакции их восстановления проводили редокс титрование (Рис. 7). Восходящие и нисходящие ветви кривой 1, отражающие, соответственно, процессы восстановления и окисления гумусовых кислот, полностью симметричны, и на каждой наблюдаются два перегиба. Симметричность означает, что восстановлению и обратному окислению подвергаются одни и те же группировки, то есть реакция обратима. Два перегиба относятся к двум типам фрагментов в структуре гумата. Этот вывод полностью совпадает с тем, который был сделан на основании кинетических экспериментов.

Судя по значениям потенциалов восстановления, определенных дифференцированием кривой титрования (432-448 мВ и 750-787 мВ), фрагментами первого типа являются ионы переходных металлов, связанные с гумусовыми кислотами в прочные комплексы и способные менять степень окисления без разрушения связи с лигандами. Среди переходных металлов 99% приходится на железо, его содержание достигает 4.25·10-4 экв⋅г-1. Второй тип обратимо восстанавливающихся и окисляющихся фрагментов – хинонно-фенольные и карбонильные группировки (содержание которых в исследованном препарате составляет, соответственно, 5.25⋅10-3 экв⋅г-1 и 11.2·10-3 экв⋅г-1). Именно их восстановление отражает третий, наиболее значимый экспоненциальный участок кинетической кривой. На данном участке порядок реакции по гумусовым кислотам, определенный методом Вант-Гоффа, равен 0.3, что означает восстановление части группировок молекулярным ДОТМ, а части – продуктом его распада – сульфоксилатом. Известно, что молекула ДОТМ реагирует с хинонными группами, а сульфоксилат – с карбонильными. Поэтому более близкое к нулю, чем к единице, значение порядка по окислителю соответствует большему содержанию в гумусовых кислотах карбонильных группировок по сравнению с хинонными и может служить дополнительным подтверждением правильности идентификации восстанавливающихся группировок. При восстановлении торфяных гумусовых кислот гидроксиметансульфинатом натрия порядки реакции по окислителю и восстановителю равны 1 и, следовательно, в восстановлении гумата участвует исходная молекула ГМС.

Убедительным подтверждением возможности функционирования гумусовых кислот в качестве редокс катализаторов (помимо обратимости реакции окисления-восстановления) являются на порядок более низкие значения энергии активации процесса их восстановления каждым из изученных восстановителей (ГМС – 28.6±1.1 кДж⋅моль-1, ДОТМ – 15.3±0.7 кДж⋅моль-1) по сравнению с энергией активации восстановления хинонных группировок в молекулах красителей.

Особенности восстановления красителей производных 1,4-диаминоантрахинона

Установленные закономерности восстановления торфяных гумусовых кислот позволяют обоснованно подойти к анализу влияния этих природных соединений на кинетику восстановления хинонных группировок в молекулах красителей. Во избежание действия макрокинетических факторов кинетика восстановления кубовых красителей изучалась в растворе, на модельных соединениях, в качестве которых были выбраны сульфированные производные 1,4-диаминоантрахинона – красители Хромовый зеленый антрахиноновый и Кислотный ярко-синий антрахиноновый.

Представлялось целесообразным сначала отдельно изучить кинетику восстановления выбранных 1,4-диаминопроизводных антрахинона, поскольку она имеет ряд характерных особенностей, что наглядно иллюстрируется кинетическими кривыми на Рис. 8.

Общим для всех зависимостей является наличие двух индукционных периодов (ИП). Задержка в восстановлении красителей на начальном этапе при использовании в качестве восстановителя ДОТМ хорошо известна. Она обусловлена реакцией выделяющегося при разложении ДОТМ сульфоксилат-иона (восстанавливающей частицы) с растворенным в воде кислородом. Когда восстановителем является ГМС, причиной рассматриваемого ИП, вероятнее всего, служит быстрое обратное окисление красителя кислородом.

Большой интерес представляет существование второго ИП, не известного в литературе. Прежде всего, было доказано, что его появление на кинетических кривых восстановления антрахиноновых красителей так же, как и при восстановлении гумата натрия, обусловлено накоплением в реакционной среде при наличии растворенного кислорода его восстановленных форм. В отсутствие кислорода кинетические зависимости монотонны, а введение в раствор супероксида калия или пероксида водорода вызывает пропорциональное их концентрации удлинение второго индукционного периода.

Вместе с тем, как и в случае с гуматом натрия, для того, чтобы второй ИП проявлялся в виде плато, необходимо наличие в молекуле окислителя двух типов фрагментов, один из которых восстанавливается легче другого. Поскольку восстанавливающимися фрагментами в молекулах изучавшихся 1,4-диаминозамещенных антрахинона являются две хинонные группы, то следовательно, они неравнозначны. Причиной этого, как свидетельствуют литературные данные, может быть вовлечение одной из групп во внутримолекулярную водородную связь (ВВС) с водородом мостиковой аминогруппы. Проведенные квантово-химические расчеты также свидетельствуют о том, что в молекулах изученных красителей склонность одной из хинонных группировок к образованию ВВС в 1.38-4.68 раз выше, чем другой.

Правомерность сделанных выводов дополнительно подтверждается тем, что кинетическая кривая восстановления β-антрахинонмоносульфокислоты (соединения, в котором из-за отсутствия заместителей в α-положении ВВС невозможна) при наличии в системе растворенного кислорода абсолютно монотонна – второй индукционный период отсутствует.

В спектрах изученных антрахиноновых соединений по ходу их восстановления как в присутствии кислорода, так и после его удаления зарегистрирован устойчивый промежуточный продукт (семихинон ион-радикал) (Рис. 9-а), в спектрах β-антрахинонмоно-сульфокислоты он отсутствует (Рис. 9-б). С учетом изложенного выше, образование устойчивого семихинона при восстановлении 1,4-диаминопроизводных антрахинона обусловлено вовлечением одной из восстанавливающихся групп в ВВС.

В соответствии со схемой восстановления 1,4-диаминопроизводных антрахинона, построенной на основании проведенных исследований (Рис. 10), параллельно протекают реакции восстановления двух форм красителя, одна из которых имеет внутримолекулярную водородную связь (I), а вторая – нет (II). Первая образует устойчивый семихинон (III), вторая – неустойчивый (IV).

В итоге то обстоятельство, что в молекулах изученных красителей - 1,4-диамино-производных антрахинона одна из восстанавливающихся групп вовлечена в ВВС, а вторая – нет, позволяет спектрофотометрически легко и надежно зафиксировать наличие в водных щелочных растворах восстановленных форм кислорода.

Каталитическая активность гумусовых кислот торфа в восстановлении

хинонных группировок в молекулах красителей

Изучено влияние торфяных гумусовых кислот в форме натриевой соли на кинетику восстановления красителей - 1,4-диаминопроизводных антрахинона гидроксиметансульфинатом натрия и диоксидом тиомочевины в щелочной среде при наличии в системе растворенного кислорода (пример приведен на Рис.11).

Оно проявляется довольно ярко. Во-первых, имеет место возрастание константы скорости восстановления красителей в 2-11 раз. Во-вторых, при первых же добавках гумусовых кислот второй индукционный период исчезает. Последнее не связано в разрывом ВВС в молекулах красителей, поскольку при их восстановлении в присутствии гумата (так же как и в отсутствие) в спектрах хорошо проявлен семихинон.

Следовательно, действие торфяных гумусовых кислот направлено на восстановленные формы кислорода, образующиеся при разложении серосодержащих восстановителей в воде в присутствии растворенного кислорода. Как следует из зависимостей на Рис. 12, повышение концентрации О2- или HО2- при постоянной концентрации гумата натрия приводит к пропорциональному удлинению первого ИП, второй ИП не появляется. Совершенно очевидно, что торфяные гумусовые кислоты функционируют как эффективный катализатор  диспропорционирования О2- и HО2-  в щелочных средах. Об этом свидетельствует и полное соответствие количества выделяющегося кислорода стехиометрическим схемам реакций диспропорционирования О2- и пероксида:

2 HO2 O2 + H2O2  (6)

2 H2O2 O2 + 2 H2O (7)

Способность гумусовых кислот диспропорционировать активные формы кислорода имеет большое значение для технологий колорирования тканей кубовыми красителями. Препятствуя накоплению активных форм кислорода, гумат натрия направляет восстановитель на взаимодействие с красителем.

Для подтверждения участия в катализе реакции восстановления красителей обоих типов активных центров торфяных гумусовых кислот, те центры, которые представляют собой связанные в комплексы ионы железа, моделировались с помощью трилоната железа, при этом концентрация ионов железа в трилонате равнялась их концентрации в гумате.

Как следует из данных на Рис. 13, введение в реакционную среду трилоната железа увеличивает константу скорости восстановления в 1.4 раза, тогда как введение гуматов – в 11 раз. Следовательно, за счет хинонных и карбонильных групп указанный параметр увеличивается в 7.9 раза.

На основании температурных зависимостей констант скорости восстановления антрахиноновых красителей гидроксиметансульфинатом натрия показано, что в присутствии торфяных гумусовых кислот в растворах энергия активации реакции восстановления снижается почти вдвое.

Сопоставление каталитической активности торфяных гумусовых кислот

и синтетических катализаторов, традиционно используемых

в технологиях колорирования текстильных материалов кубовыми красителями

Проведена сравнительная оценка эффективности каталитического действия торфяных гумусовых кислот (в форме гумата натрия) и двух других традиционно используемых при колорировании тканей кубовыми красителями катализаторов, β–антрахинонмоносульфо-кислоты  и 1,2-дигидроксиантрахинон-3-сульфокислоты, на реакцию восстановления красителей (Табл. 1).

Таблица 1.

Влияние катализаторов на параметры кинетических кривых восстановления

красителей Хромового зеленого антрахинонового (ХЗА) и Кислотного ярко-синего

антрахинонового (КЯСА) гидроксиметансульфинатом натрия в щелочной среде при 650С

Катализатор

Концен-

трация, 106 мольл-1

Константа скорости

реакции (k), 103 с-1

kкат/k

ХЗА

КЯСА

ХЗА

КЯСА

3.7

3.6

β– антрахинон-моносульфокислота

0.42 

4.6

4.3

1.25

1.19

3.10

11.0

6.8

2.98

1.89

6.10

29.6

13.0

8.00

3.60

1,2–дигидрокси-

антрахинон-

3-сульфокислота

3.2

4.5

3.9

1.18

1.09

8.2

7.7

4.4

2.08

1.23

16.7

25.0

12.2

6.70

3.40

Гумусовые кислоты торфа (в форме

гумата натрия)

0.4

4.9

4.2

1.30

1.17

2.0

10.6

6.4

2.86

1.78

4.0

40.8

14.1

11.00

4.00

Как видно, константа скорости восстановления красителей при использовании традиционных катализаторов максимально возрастает в 3.4-8 раз, тогда как при использовании гумусовых кислот торфа – в 4-11 раз. Полученные результаты дают основания ожидать проявления каталитической активности последних в практике колорирования текстильных материалов кубовыми красителями.

Глава 8. Обоснование применения гумусовых кислот торфа как катализаторов

восстановления при печатании тканей кубовыми красителями

по ронгалитно-поташной технологии

Предполагаемое каталитическое действие торфяных гумусовых кислот в форме гумата натрия изучали в рамках ронгалитно-поташной технологии печатания хлопчатобумажных тканей, для которой реакция восстановления красителей является лимитирующей стадией.

Установлено, что влияние гумата как компонента печатных составов на результаты печатания хлопчатобумажной ткани проявляется в увеличении в 2-20 раз констант скорости фиксации красителей в волокне и возрастании на 8-25% степени фиксации красителей. При этом достигаемое в лабораторных условиях значение степени фиксации составляет 97-99%. Это свидетельствует о полноте перевода кубового красителя в восстановленную форму и существовании его в этой форме в течение времени, достаточного для проникновения из печатной краски вглубь волокна, а также о высокой эффективности диффузионных процессов. Первое объясняется тем, что торфяные гумусовые кислоты не только катализируют процесс восстановления красителей, но также диспропорционируют восстановленные формы кислорода, активно взаимодействующие с сульфоксилатом и способствующие быстрому непроизводительному распаду восстановителя. Высокая диффузионная подвижность кубовых красителей при фиксации из печатных составов, содержащих гуматы, вероятнее всего, есть следствие полноты восстановления красителя и придания ему сродства к волокну.

Как вытекает из данных Табл. 2, использование гумата натрия в качестве компонента печатных красок позволяет достигать высоких значений степени фиксации кубовых красителей в волокне даже при снижении расхода восстановителя вдвое.

Таблица 2.

Влияние содержания торфяных гуматов в печатном составе

на степень фиксации в волокне красителя Кубового ярко-зеленого Ж

Содержание

торфяных

гуматов, г⋅кг-1

Степень фиксации красителя (%)

при содержании ГМС в печатном составе

100 г⋅кг-1

50 г⋅кг-1

88.0

61.2

0.05

97.5

81.3

0.10

98.5

88.0

0.25

99.7

92.1

0.50

99.8

97.5

Преимуществами торфяных гумусовых кислот перед синтетическими катализаторами восстановления кубовых красителей являются: нетоксичность для человека (гуматы используются как медицинские препараты не только для наружного, но и для внутреннего применения), доступность сырья, простота и экологическая безопасность технологии получения, невысокая стоимость.

Испытания, проведенные в отделочном производстве ЗАО «Большая Костромская льняная мануфактура», подтвердили эффективность применения гумусовых кислот торфа при печатании тканей кубовыми красителями. Использование составов, содержащих небольшую добавку гумата натрия, позволило сократить время влажно-тепловой обработки ткани с 10 минут до 5.5 минут, повысив при этом содержание красителей в волокне на 4 - 9% без ухудшения прочностных показателей окрасок и изменения цветового тона.

Глава 9. Торфяные гумусовые кислоты как компонент крахмальных составов

для шлихтования хлопчатобумажной пряжи

Влияние гумусовых кислот на свойства крахмальных гидрогелей и образуемых из них пленок в настоящей работе исследовано впервые. Впервые также оценена целесообразность использования гумата натрия, экстрагированного из торфа, в технологии приготовления крахмальных шлихтующих гидрогелей с целью ее интенсификации и экологизации.

Влияние гумусовых кислот торфа на вязкость крахмальных шлихтующих

гидрогелей и показатели ошлихтованной ими пряжи

На первом этапе определены основные показатели, позволяющие оценить целесообразность применения гумусовых кислот торфа в крахмальных композициях для шлихтования хлопчатобумажной пряжи – относительная вязкость шлихтующих гидрогелей, их адгезия к хлопчатобумажной пряже (приклей), разрывная нагрузка и разрывное удлинение ошлихтованной пряжи. Варьировалась концентрация полимерных компонентов составов (кукурузного крахмала – от 4% до 7%, торфяных гумусовых кислот – от 0 до 0.5%), при этом содержание реагентов, необходимых для эффективного расщепления полисахарида в ходе приготовления гидрогелей (гидроксида натрия и бензолсульфохлорамида), оставалось неизменным.

На всех линиях вязкости (Рис. 14) наблюдается локальный минимум, соответствующий содержанию гумата натрия в геле ~0.1%. Резкое снижение вязкости дисперсий при введении в них гуматов – известное явление, обусловленное сорбцией полианионов гумусовых кислот на поверхности диспергированных частиц, что приводит к их взаимному электростатическому отталкиванию. Однако учитывая масштабы снижения вязкости и то, что в шлихтующих гидрогелях гранулы крахмала существенно разрушены, а полимерные составляющие (амилоза и амилопектин) окислены и частично деполимеризованы, обнаруженный эффект нельзя объяснить только сорбцией гуматов на поверхности гранул.

Согласно традиционным представлениям, существенное уменьшение вязкости шлихтующих композиций свидетельствует о чрезмерной деструкции макромолекул крахмала и должно приводить к ухудшению качества текстильного клея. Однако, как следует из данных Рис. 15, именно в интервале концентраций гумата натрия, соответствующих наименее вязким составам, наблюдается одновременное улучшение всех технологических показателей: приклей (П) повышается на 51-57%, разрывная нагрузка пряжи (РН) – на 9-12%, разрывное удлинение (РУ) – на 12-20%. Очевидно, что оптимальный технический результат по совокупности показателей достигается при содержании гуминового препарата, равном 0.08-0.12%, а кукурузного крахмала – 4-5%.

Поскольку введение в шлихтующий гидрогель гумата натрия, выделенного из торфа, положительно сказывается на всех целевых показателях технологического процесса, необходимое качество ошлихтованной пряжи достигается при меньшем содержании крахмала в композиции (Табл. 3).

Таблица 3.

Основные показатели эффективности крахмальных составов

в шлихтовании хлопчатобумажной пряжи (25 Текс)

Тип пряжи

Концентрация, %

η отн.

(800 С)

Показатели качества пряжи

Крахмала

Гумата

РН, Н

РУ, мм

П, %

Мягкая

-

-

-

2.0

24.8

-

Ошлихтованная

крахмальным составом

7

-

~400

2.4

(+20.0%)

14.8

(-40.4%)

3.72

Ошлихтованная

крахмально-

гуматными

составами

4

0.12

1.31

2.4

(+20.0%)

19.5

(-21.3%)

3.74

5

0.12

1.75

2.6

(+30.0%)

18.8

(-24.3%)

4.84

Сопоставление эффективности действия щелочного реагента и окислителя

в крахмальном и крахмально-гуматном шлихтующих составах

Для получения однородного крахмального шлихтующего гидрогеля с хорошей пленкообразующей способностью и адгезией к целлюлозному волокну необходимо обеспечить не только разрушение крахмальных гранул, но и частичное расщепление молекул амилопектина. Этой цели служат обязательные компоненты шлихтующих составов – гидроксид натрия и окислитель (бензолсульфохлорамид), которые усиливают действие друг друга. Влияние указанных реагентов на вязкость крахмального и грахмально-гуматного гидрогелей иллюстрируется данными Рис. 16. Из рисунка следует, что введение гумата натрия в крахмальные гели приводит к существенному снижению их вязкости во всем изученном диапазоне концентраций реагентов, однако желаемые значения вязкости, обеспечивающие получение оптимальных характеристик ошлихтованной пряжи (ηотн. = 1.58-3.16, lg ηотн. = 0.2-0.5), достижимы только при наличии в составе расщепляющих реагентов – щелочи и окислителя.

Включение в шлихтующую композицию гумата натрия полностью нивелирует действие щелочи как реагента, обеспечивающего набухание крахмала (Рис. 16 –б); более того, чем выше концентрация щелочи в крахмально-гуматных гидрогелях, тем ниже их вязкость. О значительном снижении набухания крахмала в щелочной среде в присутствии гуматов свидетельствуют и зависимости на  Рис. 17. Методом микроскопии установлено, что в процессе нагревания суспензии крахмала, содержащей в составе дисперсионной среды, помимо щелочи и окислителя, гумат натрия, характер разрушения гранул полисахарида существенно отличен от обычного. А именно, гранула кукурузного крахмала почти не набухает, но раскалывается по радиальным каналам, проницаемым для воды, образуя несколько (4-6) отдельных фрагментов, которые затем постепенно растворяются. Очевидно, полианионы гумусовых кислот, препятствуя образованию водородных связей между молекулами амилозы, которая вытекает из гранул по мере нагревания крахмальной суспензии, предотвращают формирование геля амилозы и тем существенно облегчают диффузию последующих порций молекул полисахарида из внутренних слоев гранулы наружу.

На базе проведенных исследований был разработан новый состав для шлихтования хлопчатобумажной пряжи, включающий небольшую добавку торфяных гуматов (0.08-0.12%). Применение этого состава позволяет снизить концентрацию крахмала без угрозы ухудшить качество ошлихтованной пряжи и существенно сократить время варки шлихтующего геля. Присутствие в крахмальном шлихтующем составе гумата натрия, выделенного из торфа, не затрудняет последующего цикла подготовки суровой ткани (отварки и беления) и не ухудшает основных показателей готовой ткани – ее прочности и белизны. Более того, капиллярность хлопчатобумажных тканей повышается на 10-17%.

Испытания разработанного состава в условиях приготовительного производства АО «КОХМА-ТЕКСТИЛЬ» подтвердили возможность существенного (с 6.5% до 4.0%) снижения концентрации полисахарида и сохранения при этом на прежнем уровне коэффициента обрывности пряжи в ткачестве.

Глава 10. Обоснование эффекта снижения вязкости крахмальных

шлихтующих составов под действием торфяных гуматов

Введение торфяных гумусовых кислот в шлихтующие композиции на основе крахмала, как было установлено в Главе 9, изменяет весь ход процесса гелеобразования и обусловливает образование гелей аномально низкой вязкости, обеспечивающих комплексное улучшение показателей шлихтования хлопчатобумажной пряжи. Учитывая ярко выраженную способность гумусовых кислот катализировать редокс процессы, высокую склонность к межчастичным взаимодействиям и совместимость с полимерами различного строения, можно предполагать, что за этим стоят глубокие изменения структуры гелей, химического строения крахмала и свойств полимерных пленок, формирующихся на поверхности волокна.

Существование структурной и химической составляющих влияния гумата натрия на свойства крахмальных гидрогелей продемонстрировано путем сопоставления относительной вязкости ряда систематически подобранных композиций. Возможность выделения этих составляющих базировалась на том, что при повышении температуры на каждые 10 градусов скорость химических процессов возрастает в 2-4 раза. Поэтому существование различий в вязкости одинаковых по составу крахмальных гелей, в один из которых гумат натрия вводился при 800С, а в другой – после остывания клейстера до 200С, означает, что добавка оказывает влияние на химические превращения в молекулах полисахарида. Результаты описанного эксперимента представлены в Табл. 4.

Таблица 4.

Влияние состава и способа приготовления клейстеризованных

крахмальных композиций на их относительную вязкость

Компоненты

состава*

Гумат натрия

вводился в клейстер при 800С (1ый способ)

Гумат натрия

вводился в клейстер при 200С (2ой способ)

η1 / η ГН-1**

η2 / η ГН-2

1

Крахмал

15,1 / 5,2 ≈ 2,9

15,7 / 5,2 ≈ 3,0

2

Крахмал, NaOH

12,6 / 3,7 ≈ 3,4

15,0 / 7,1 ≈ 2,1

3

Крахмал, окислитель

7,0 / 3,8 ≈ 1,8

7,1 / 3,9 ≈ 1,8

4

Крахмал, NaOH, окислитель

7,1 / 1,9 ≈ 3,7

8,6 / 3,0 ≈ 2,9

* Содержание компонентов: Крахмала – 1%, гумата натрия (ГН) – 0.1%,

NaOH 0.025%, окислителя (бензолсульфохлорамида) 0.0125%.

** Индексами указано  наличие гумата натрия в клейстере и способ его введения (1 или 2);

температура, при которой измерялась вязкость, во всех случаях составляла 200С.

Вязкость гелей, содержащих только крахмал (составы 1), при введении в них гумата натрия снижается втрое, вне зависимости от того, каким способом вводился гумат; следовательно, это снижение не связано с химическими превращениями в гелях и обусловлено единственным фактором – изменением их структуры.

На вязкость составов, дополнительно включающих щелочь (составы 2), существенно влияет температура, при которой вводился гумат, что дает основания говорить об интенсификации гумусовыми кислотами процесса гидролитического расщепления крахмала в щелочной среде.

Когда в крахмальную композицию входит только окислитель (составы 3), гумат натрия вызывает изменение структуры геля, о чем можно судить по уменьшению η в 1.8 раза, но практически не усугубляет химических превращений, приводящих к падению вязкости (η20-1 / η20 ГН-1 = η20-2 / η20 ГН-2).

Если же в крахмальном геле находится и гидроксид натрия, и окислитель (составы 4), то дополнительное включение в него гумата натрия, выделенного из торфа, вызывает самое выраженное падение вязкости, связанное как с усилением химического действия реагентов, так и с разрушением структуры крахмального клейстера.

Воздействие торфяных гумусовых кислот на химические изменения в крахмале

Химические превращения в крахмале оценивалась по двум наиболее значимым показателям – количеству карбоксильных группировок и степени полимеризации (СП).

При определении СП крахмала возникают существенные затруднения, связанные с наличием в природном крахмале двух фракций (амилозы и амилопектина), при разделении которых любыми химическими методами происходит сильная деструкция полисахарида. Кроме того, для корректной оценки СП амилопектина необходимо сначала провести его деветвление. В этой связи было предложено, опираясь на данные по окислению крахмала перйодатом натрия, получить характеристику, пригодную для того, чтобы делать надежные выводы о влиянии гумусовых кислот торфа на расщепление полисахарида – степень полимеризации единичной ветви амилопектина (СП ап).

Окисление перйодатом протекает по невосстанавливающим концевым звеньям полисахарида, неконцевым остаткам, связанным 1-6 α-глюкозидной связью (местам присоединения ветвей), а также по концевым восстанавливающим звеньям. В первых двух случаях выделяется по одной молекуле муравьиной кислоты, а в третьем – две. Это дает возможность легко рассчитать степень полимеризации амилозы (СП а) или ветви амилопектина (СП ап):

СПа = (m⋅3)/(162⋅а),  СПап = m/(162⋅а),

где m – масса навески крахмала,

162 – молекулярная масса пиранозного цикла,

а – количество молей выделившейся муравьиной кислоты.

Вследствие того, что анализу подвергался нативный, не разделенный на фракции крахмал, при расчете СПап было принято допущение, что количество муравьиной кислоты, выделившейся в результате гидролиза глюкозидных связей в амилозе, пренебрежимо мало. В таком случае, опираясь на литературные данные по содержанию амилозы в кукурузном крахмале (23%) и средней СПа (~25), на основании следующего выражения можно рассчитать СПап:

3⋅(0.23⋅m/(25⋅162))+ (0.77⋅m/(СПап⋅162)) = а

Полученные описанным образом значения СПап , а также данные по содержанию карбоксильных групп в клейстеризованных крахмальных составах, определенные кальций-ацетатным методом, приведены в Табл. 5.

Как видно, введение гумата натрия во все исследованные составы приводит к увеличению в той или иной степени содержания карбоксильных группировок, образующихся при окислении крахмала. Наиболее значительным (57%) это увеличение является в варианте, когда в композиции одновременно содержатся окисляющий (бензолсульфохлорамид) и гидролизующий (гидроксид натрия) реагенты. Тот же самый состав (состав 4) характеризуется тем, что включение в него гумата натрия вызывает достоверное снижение СПап.

Таблица 5.

Влияние торфяных гуматов на химические превращения в крахмале

Компоненты

состава*

Содержание групп -COOH

на 100 ангидроглюкозных звеньев (± 0.18-0.19)

СПап

(± 1.0-1.2)

Добавки в состав

Добавки в состав

-

Гумат Na

-

Гумат Na

1

Крахмал

2.40

2.90

23.2

23.2

2

Крахмал, NaOH

2.56

3.00

17.0

16.3

3

Крахмал, Окислитель

2.80

3.65

20.7

19.6

4

Крахмал, NaOH, Окислитель

4.1

6.4

14.4

12.5

* Содержание компонентов аналогично указанному в Табл. 4.

Влияние торфяных гумусовых кислот  на кинетику окисления

и щелочного гидролиза крахмала

Скорость окисления крахмала при 950С оценивали по убыли количества окислителя в системе, которое рассчитывали на основании данных йодометрического титрования.

При анализе роли торфяных гумусовых кислот в реакции окисления крахмала бензолсульфохлорамидом опирались на то, что в рассматриваемой окислительно-восстанови-тельной системе бензолсульфохлорамид (Хл) является сильным окислителем, необратимо восстанавливающимся до бензолсульфамида, крахмал  (Кр) – восстановителем, который также окисляется необратимо (окисление сопровождается разрывом пиранозных циклов), а гумусовые кислоты в форме гумата натрия (ГН) способны к обратимому окислению-восстановлению. Это допускает возможность катализа гумусовыми кислотами процесса окисления крахмала.

В исследованиях отталкивались от противного, предположив, что в системе параллельно протекают только следующие реакции:

- окисление крахмала  бензолсульфохлорамидом Кр + Хл → КрОx  +O2 + Cl -  (8)

- окисление крахмала гуматами  Кр + ГНRedOx → КрOx + ГНRed   (9)

- окисление гуматов бензолсульфохлорамидом ГНRedOx + Хл → ГНOx + O2 +Cl- (10)

Кинетика реакций (8) и (9) характеризуется экспериментальными данными, представленными на Рис.18 (а,б). Процесс окисления крахмала бензолсульфохлорамидом достаточно хорошо описывается экспоненциальным уравнением 1 порядка (кривая 1), константа скорости реакции – 0.105 мин-1. Окисление крахмала гуматом натрия формально подчиняется уравнению нулевого порядка, соответствующая константа скорости – 0.023 моль·мин·л-1. В реакции (10) общее количество окислителя не меняется, поскольку йодометрическим титрованием определяются не только исходные соединения (Хл, ГНRedOx), но и продукт окисления – окисленный гумат натрия (ГНOx).

Если набор химических реакций в системе исчерпывается тремя рассмотренными, то общее количество окислителя в каждый момент времени должно представлять собой сумму количеств окислителя в процессах (8) и (9). Кинетическая кривая, рассчитанная из этой посылки, приведена на Рис.18 (в) – линия 3. Как видно, она не совпадает с экспериментально полученной зависимостью 4, а именно, реально окислитель расходуется быстрее и полнее. Константа скорости окисления крахмала, определенная по кинетическому уравнению 1 порядка, для кривой 3 составляет 0.092 мин-1, а для  кривой 4 - 0.144 мин-1, что в 1.6 раза выше. Таким образом, налицо ускоряющее влияние торфяных гумусовых кислот на процесс окисления крахмала бензолсульфохлорамидом.

Общую схему процессов, протекающих в ходе приготовления крахмально-гуматных шлихтующих составов, можно представить следующим образом:

Будучи носителями фенольных группировок, гумусовые кислоты (в форме гумата натрия) необратимо восстанавливают бензолсульфохлорамид, сами при этом обратимо окисляясь (обратимость окисления-восстановления доказана методом потенциометрического титрования в Главе 7). Окисленный гумат натрия далее окисляет крахмал, сам восстанавливаясь, и цикл продолжается до полного расходования бензолсульфохлорамида.

О влиянии гумусовых кислот на скорость гидролитической деструкции крахмала судили по изменению значений вязкости его водных растворов низкой концентрации в процессе гидролиза. Изучены два типа составов – в одном расщепление полисахарида обеспечивалось присутствием гидроксида натрия, в другом – гидроксида натрия и бензолсульфохлорамида. В первом случае гумат натрия увеличивает константу гидролитического расщепления полисахарида, рассчитанную по кинетическому уравнению 1 порядка, в 1.5 раза, во втором – в 1.8 раза. Более выраженное ускоряющее действие гумусовых кислот на гидролиз крахмала в системе, содержащей одновременно щелочь и окислитель, обусловлено катализом реакции окисления полисахарида, которая снижает устойчивость глюкозидной связи к действию гидролизующих реагентов.

Сопоставление структуры крахмальных и крахмально-гуматных шлихтующих гелей

В температурном интервале от 300С до 700С изучены реологические свойства крахмальных шлихтующих гидрогелей, не содержащих и содержащих 0.1% гумата натрия. Реологические кривые для составов с концентрацией полисахарида 5%, представлены на Рис.19.

Динамическая вязкость крахмально-гуматных композиций (1''-5''), в отличие от вязкости крахмальных (1-5), в целом низка и мало зависит от напряжения сдвига. Причинами могут служить выявленное ранее снижение СПап и изменение структуры крахмального гидрогеля при введении в него гуматов. Для дифференцирования указанных двух причин крахмальный гель обычного состава подвергали декстринизации путем длительной варки при сохранении постоянства объема. Декстринизацию завершали, когда степень полимеризации амилопектина становилась равной СПап в крахмально-гуматном геле.

Как видно, реологические свойства декстринизованных составов ближе свойствам крахмальных, нежели крахмально-гуматных. Этот удивительный факт свидетельствует о том, что полианионы гумусовых кислот способны разрушать коллоидные частицы крахмала (сохраняющиеся и в декстринизованных составах), внедряясь в них и разрывая водородные связи между полимерными цепями. Вероятно, при этом создается пространственная флюктуационная сетка, легко разрушаемая под действием сдвига. Значения энергии активации вязкого течения крахмально-гуматных составов на 17-20% ниже, чем крахмальных, тогда как декстиринизованных – лишь на 5-7%.

Сильное снижение структурированности шлихтующих составов при введении в них малых количеств торфяных гуматов обусловливает повышение устойчивости крахмала к ретроградации и появление возможности хранения шлихты без потери кондиций (расслоения), что подтверждено производственными испытаниями на ПТФ «Лежневская» Ивановского района. Этот эффект позволяет снизить ущерб, наносимый окружающей среде, и обеспечить сокращение расхода крахмала.

Влияние торфяных гумусовых кислот на адгезию крахмальной шлихты к пряже

и свойства образуемых пленок

Химическая и структурная модификация крахмальных гидрогелей под действием гумусовых кислот торфа повлекла за собой изменение адгезионных и когезионных свойств гелей и качества образуемых пленок. Адгезионные свойства характеризовали работой адгезии (WA) и коэффициентом растекания (S), когезионные – работой когезии (WК) и физико-механическими показателями пленок.

Перечисленные параметры рассчитывали по формулам:

WA= (1 + cos Q)ж-г

WК = 2ж-г

S = WA – WК =  ж-г (cos Q - 1)

где Q – краевой угол смачивания гидрогелем целлюлозной пленки (использованной в качестве материала, моделирующего поверхность хлопчатобумажной пряжи), ж-г  – поверхностное натяжение гидрогеля.

Значения ж-г, Q, WA, WК⋅ и S обычных крахмальных, декстринизованных и крахмально-гуматных гелей с содержанием полисахарида, равным 5%, приведены в Табл. 6.

Таблица 6.

Влияние гумата натрия на адгезионные и когезионные свойства гидрогелей крахмала

Состав

ж-г⋅103,

Дж⋅моль-1

Q,

град

WA⋅103,

Дж⋅моль-1

WК⋅103,

Дж⋅моль-1

S⋅103,

Дж⋅моль-1

1

Обычный крахмальный

90.93

47.00

152.94

181.86

-28.9

2

Декстринизованный

85.00

30.20

158.46

170.00

-11.50

3

Крахмально- гуматный

81.23

19.60

157.75

162.46

-4.69

* Содержание  крахмала – 5%, гумата – 0.1%, NaOH 0.025%, окислителя 0.0125%.

Введение гумата натрия в крахмальный гидрогель приводит к снижению его поверхностного натяжения (на 11%) и краевого угла смачивания (на 59%). Декстринизация действует в том же направлении, но менее эффективно: уменьшение ж-г составляет 6.5 %, а Q –  36 %. Следовательно, улучшение смачивающей способности геля, содержащего добавку торфяных гуматов, обусловлено не только расщеплением крахмала и соответствующим снижением вязкости клея, но также проявлением поверхностно-активных свойств гумусовых кислот.

Адгезия крахмального гидрогеля к целлюлозе при введении в него гумата несколько возрастает, когезия – снижается. Наиболее существенно меняется коэффициент растекания S. Для крахмально-гуматных гидрогелей он значительно выше не только в сравнении с обычными крахмальными (более чем в 6 раз), но и в сопоставлении с декстринизованными (в 2.5 раза).

Оценено влияние концентрации торфяных гумусовых кислот в крахмальных шлихтующих составах на разрывное напряжение и разрывное удлинение сформированных из них пленок. Установлено, что по комплексу показателей лучшими являются пленки, содержащие 0.1% гумата натрия. Они несколько уступают крахмальным в прочности (~ 4%), но значительно превосходят в эластичности (~23%). Выявлена корреляция физико-механических параметров пряжи и полимерной пленки, на основании чего сделан вывод об определяющей роли качества пленки в достижении высокого технического эффекта в шлихтовании. Полученные микрофотографии свидетельствуют о большей однородности и гладкости крахмально-гуматных пленок по сравнению с крахмальными.

Таким образом, в результате проведенного исследования установлено комплексное позитивное действие торфяных гумусовых кислот, вводимых в шлихтующие составы на основе крахмала, на их смачивающую и пленкообразующую способность, что в итоге обусловливает возможность получения ошлихтованной хлопчатобумажной пряжи с улучшенными физико-механическими характеристиками.

ВЫВОДЫ

  1. Разработаны подходы к оценке состояния в растворе восстановленных форм кубовых красителей (лейкокислоты и соли лейкокислоты); выявлено выраженное диспергирующее действие гумусовых кислот, выделенных из торфа в виде гуматов натрия, в отношении обеих форм кубовых красителей, проявляющееся при концентрациях, на порядок меньших, чем концентрации традиционных текстильно-вспомогательных веществ.
  2. На основе анализа взаимосвязи между состоянием кубовых красителей в растворах, содержащих гумусовые кислоты, и показателями  крашения тканей предложен механизм интенсифицирующего действия гумусовых кислот, базирующийся на представлениях о гумусовых кислотах как о полимерных соединениях, каждая молекула которых является носителем многих центров связывания гидрофобных соединений. Факт взаимодействия с одной полимерной молекулой вспомогательного вещества сразу нескольких мономеров красителя с образованием лабильного гетероассоциата принципиально меняет весь ход массообменных процессов при крашении тканей, обеспечивая одновременно стимулирование как сорбции, так и диффузии красителя в волокне.
  3. Кинетическими и потенциометрическими исследованиями подтверждено наличие в гумусовых кислотах, выделенных из торфа, двух типов фрагментов, способных к обратимому окислению-восстановлению, что, учитывая низкие значения энергии активации восстановления гумусовых кислот, обусловливает возможность их функционирования как редокс катализаторов в химико-текстильных процессах.
  4. С использованием кислотных красителей – 1,4-диаминозамещенных антрахинона в качестве модельных водорастворимых объектов, доказана каталитическая активность гумусовых кислот торфа в реакции восстановления  кубовых красителей гидроксиметансульфинатом натрия и диоксидом тиомочевины, сопоставимая с активностью традиционных катализаторов, но реализующаяся при концентрациях, на порядок меньших; в условиях печатания ткани кубовыми красителями это приводит к увеличению константы скорости фиксации красителей в волокне в 2-20 раз и степени фиксации красителей – на 10-35%.
  5. Выявлен факт диспропорционирования торфяными гумусовыми кислотами активных форм кислорода (супероксид ион-радикала и пероксид иона), неизбежно присутствующих в жидких составах для крашения текстильных материалов кубовыми красителями; препятствуя накоплению указанных активных форм кислорода, гумусовые кислоты направляют восстановитель на взаимодействие с красителем и тем обеспечивают возможность существенного снижения расхода восстановителя.
  6. Установлено и доказано функционирование гумусовых кислот торфа как химических и структурных модификаторов гидрогелей крахмала, используемых в шлихтовании хлопчатобумажной пряжи. Химическая модификация обусловлена катализом гумусовыми кислотами реакции окисления крахмала, приводящим к возрастанию в полтора раза количества окисленных группировок в его молекулах и полноте расходования окислителя при сокращении вдвое времени влажной термической обработки крахмала. Структурная модификация состоит в разрушении гумусовыми кислотами водородных связей между макромолекулами полисахарида и переводу системы в режим ньютоновского течения.
  7. Применение модифицированных гуматами гидрогелей крахмала в шлихтовании, благодаря их повышенной текучести  и адгезии к целлюлозе, а также более высокой эластичности образуемых пленок, обеспечивает комплексное улучшение характеристик пряжи.
  8. На базе проведенных исследований разработаны новые составы для колорирования тканей кубовыми красителями и шлихтования хлопчатобумажной пряжи крахмальными гидрогелями, основанные на использовании малых количеств торфяных гуматов как катализаторов и интенсификаторов химико-текстильных процессов. Применение предложенных составов позволяет повысить эффективность технологий и их экологический статус как вследствие исключения из них ряда синтетических текстильно-вспомогательных веществ, так и вследствие сокращения расхода химических реагентов. Проведены успешные промышленные испытания разработанных составов; крахмально-гуматный состав для шлихтования пряжи, устойчивый к ретроградации, внедрен в производство.

СПИСОК  ПУБЛИКАЦИЙ

  1. Калинников Ю.А., Вашурина И.Ю. Ассоциация красителей в растворе как основа интенсификации крашения текстильных  материалов // Изв. вузов. Технология текст. пром-сти, 1987, № 1, С. 76-79.
  2. Калинников Ю.А., Вашурина И.Ю. Природные красители из торфа для шерсти и полиамида // Текстильная химия, 1998, № 2(14), С.29-30.
  3. Шарова Н.Е., Вашурина И.Ю., Калинников Ю. А. Оценка возможности применения гуминовых кислот для повышения эффективности шлихтования хлопчатобумажной пряжи // Текстильная химия, 2000, №1 (17), С.30-34.
  4. Калинников Ю.А.и др. Неординарные пути снижения экологической опасности ординарных химико-текстильных технологий Проблемы химии растворов и технологии жидкофазных материалов / Ю.А. Калинников, И.Ю. Вашурина, Н.П. Пророкова, С.Ю. Вавилова // Сборник научных трудов. Спец. выпуск к 20-летию образования ИХР РАН. Иваново, 2001, С. 292-301.
  5. Вашурина И.Ю., Погорелова А.С., Калинников Ю.А. Препараты на основе природных гуматов как альтернатива синтетическим текстильно-вспомогательным веществам при колорировании текстильных материалов кубовыми красителями // Сб. материалов III Всерос. науч.-практ. конф. «Новые химические технологии: производство и применение». Пенза, 2001, С.107-109.
  6. Вашурина И.Ю., Погорелова А.С. Калинников Ю.А. Оценка каталитической активности гуминовых соединений в процессе восстановления кубовых красителей // Изв. вузов. Химия и хим. технология, 2002, Т. 45, Вып. 1, С. 37-41.
  7. Калинников Ю.А., Вашурина И.Ю.  Природные текстильные красители и вспомогательные вещества - реальный путь повышения экологической чистоты и эффективности химико-текстильных технологий // Журнал РХО, 2002, Т. XLVI, №1 «Современные проблемы текстильной химии», Ч.1, С. 77-87.
  8. Вашурина И.Ю., Калинников Ю.А., Шарова Н.Е. Способ получения крахмальной шлихты. Патент на изобретение № 2186894, Опубл.10.08.2002, БИ № 22.
  9. Вашурина И.Ю., Погорелова А.С., Калинников Ю.А. Природные гуминовые кислоты как средство интенсификации адсорбционно-диффузионных процессов при крашении тканей кубовыми красителями  // Известия вузов. Химия и хим. технология, 2003, Т.46, Вып. 1, С. 112-116.
  10. Вашурина И.Ю., Погорелова А.С., Калинников Ю.А. Оценка влияния гуминовых кислот на состояние дисперсного, кислотного и кубового красителей в водных растворах // Журнал прикл. химии, 2003, Т. 76, Вып. 9, С. 1528-1532.
  11. Кочкина Н.Е., Вашурина И.Ю., Калинников Ю.А. Биополимерный модификатор свойств крахмальных шлихтующих составов // Сборник материалов VI Межд. науч.-практич. семинара «Физика волокнистых материалов», Иваново, 2003, С. 61-63.
  12. Погорелова А.С., Вашурина И.Ю., Калинников Ю.А. Эффективность применения гуминовых кислот в щелочно-восстановительной технологии крашения текстильных материалов кубовыми красителями // Изв. вузов. Технология текст. пром-сти, 2003, №6, С.57-61.
  13. Кочкина Н.Е., Вашурина И.Ю., Калинников Ю.А. Гуминовые кислоты как средство модификации крахмальных шлихтующих композиций // Текстильная химия, 2004, №1 (24), С.72-76.
  14. Вашурина И.Ю., Кочкина Н.Е., Калинников Ю.А. Влияние гуминовых кислот на свойства крахмальных шлихтующих композиций // Изв. вузов. Технология текст. пром-сти, 2004, №1, С.41-43.
  15. Вашурина И.Ю., Кочкина Н.Е., Калинников Ю.А. Природные гуминовые кислоты как средство совершенствования шлихтования хлопчатобумажной пряжи // Изв. вузов. Технология текст. пром-сти, 2004, №2, С.39-43.
  16. Вашурина И.Ю., Погорелова А.С., Калинников Ю.А. Оценка эффективности применения гуминовых кислот в лейкокислотной технологии крашения текстильных материалов кубовыми красителями // Изв. вузов. Технология текст. пром-сти, 2004, №3, С.63-67.
  17. Кочкина Н.Е., Вашурина И.Ю., Калинников Ю.А.  Исследование влияния гуминовых кислот на адгезию крахмальной шлихты к пряже и свойства образуемых полимерных пленок // Сборник материалов VII Межд. науч.-практ. семинара «Физика волокнистых материалов», Иваново, 2004, С.20-25.
  18. Вашурина И.Ю., Кочкина Н.Е., Калинников Ю.А. Влияние микродобавок гуминовых кислот на свойства крахмальных гидрогелей и формируемых из них пленок // Хим. волокна, 2004, № 5, С. 26-29.
  19. Вашурина И.Ю., Кочкина Н.Е., Калинников Ю.А. Особенности влияния торфяных гумусовых кислот на структуру крахмальных шлихтующих гелей // Журнал прикл. химии, 2006, Т.79, Вып.2, С.322-325.
  20. Калинников Ю.А., Вашурина И.Ю., Пророкова Н.П. Новые жидкофазные материалы для химико-текстильных технологий. Химия растворов и технология жидкофазных м-лов. Достижения и перспективы // Сб. науч. трудов ИХР РАН, 2006, С. 241-259.
  21. Погорелова А.С., Вашурина И.Ю., Калинников Ю.А. Применение гуминовых кислот в ронгалитно-поташной технологии печатания текстильных материалов кубовыми красителями // Изв. вузов. Технология текст. пром-сти, 2006, № 1, С. 55-59.
  22. Вашурина И.Ю. и др. Гуминовые кислоты – эффективные катализаторы диспропорционирования супероксида в щелочных средах / И.Ю. Вашурина, С.В. Макаров, Ю.А. Калинников, Е.А Власова // Журнал прикл. химии, 2006, Т.79, Вып.2, С. 275-278.
  23. Вашурина И.Ю., Власова Е.А., Калинников Ю.А. Оценка  влияния  торфяных  гумусовых  кислот  на  кинетику  восстановления  антрахинонового  красителя  серосодержащими восстановителями // Журнал прикл. химии, 2006, Т.79, Вып.6, С. 998-1001.
  24. Вашурина И.Ю.и др. Гумусовые кислоты -катализаторы процессов окисления пероксидом водорода / И.Ю. Вашурина, С.В. Макаров,  Е.А. Власова, Ю.А. Калинников // Известия вузов. Химия и хим. технология, 2006, Т.49, № 9, С. 32-35.
  25. Вашурина И.Ю.и др. Особенности кинетики восстановления 1,4-диаминозамещенных антрахинона серосодержащими восстановителями / И.Ю. Вашурина, С.В. Макаров, Е.А. Власова, А.С. Погорелова // Журнал общей химии, 2007, Т.77, №10, С. 1709-1713.
  26. Калинников Ю.А., Вашурина И.Ю., Кирдей Т.А. Способ получения жидких торфяных гуматов. Патент РФ № 2310633, Опубл. 20.11.2007, бюл. № 32.
  27. Власова Е.А., Вашурина И.Ю., Калинников Ю.А. Сравнение эффективности каталитического действия торфяных гумусовых кислот и синтетических катализаторов, традиционно используемых в технологиях колорирования текстильных материалов кубовыми красителями // Изв. вузов. Химия и хим. технология, 2008, Т. 51, Вып. 3, C 62-65.
  28. Власова Е.А.и др. Гумусовые кислоты торфа – катализаторы процесса восстановления хинонных группировок в молекулах кубовых красителей / Е.А. Власова, И.Ю. Вашурина, А.С. Погорелова, Ю.А. Калинников // Журнал прикл. химии, 2008, Т. 81, Вып. 7, С. 1092-1095.
  29. Вашурина И.Ю., Погорелова А.С., Калинников Ю.А. Торфяные гуматы как альтернатива синтетическим диспергаторам в лейкокислотной технологии крашения тканей кубовыми красителями // Журнал прикл. химии, 2008, Т. 81, Вып. 7, С. 1130-1133.
  30. Вашурина И.Ю., Власова Е.А., Макаров С.В. Взаимодействие гумусовых кислот торфа с серосодержащими восстановителями // Изв. вузов. Химия и хим. технология, 2009, Т. 52, Вып. 2, С. 25-29.
  31. Вашурина И.Ю.и др. Влияние диспергирующих веществ на состояние лейкокислоты кубового красителя в растворе / И.Ю. Вашурина, А.С. Погорелова, Ю.А. Калинников, О.И. Койфман // Изв. вузов. Химия и хим. технология, 2009, Т. 52, вып. 2, С. 125-130.
  32. Вашурина И.Ю. и др. Влияние торфяных гуматов на состояние лейкокислоты кубового красителя в растворе / И.Ю. Вашурина, А.С. Погорелова, Ю.А. Калинников, О.И. Койфман // Изв. вузов. Химия и хим. технология, 2009, Т. 52, вып. 3, С. 48-51.
  33. Вашурина И.Ю., Погорелова А.С., Калинников Ю.А. Исследование состояния лейкокислоты кубового красителя в растворе // Изв. вузов. Химия и хим. технология, 2009, Т. 52, вып. 3, С. 51-54.





© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.