Химия и химические технологии/
5.Фундаментальные проблемы создания новых материалов и технологий
К.т.н. Бубенщикова Г.Т., к.х.н. Хрящевський В.М.
Хмельницький
національний університет
Проста математична модель
виявлення синергічної дії антиоксидантів в хімічному чищенні текстильних
виробів
Основним процесом, який обумовлює падіння міцності текстильних матеріалів під час хімічного чищення, є окиснювальна деструкція, яка посилюється в середовищі органічних розчинників при підвищених температурах [1].
Для запобігання процесам деструкції та надання
вовняним виробам стійкості до дії світлопогоди розроблені синергічні суміші
антиоксидантів (гідрохінон та дифеніламін, дифеніламін та 4-диметиламінобензофенон)), які
вводяться у другу миючу ванну під час хімічного чищення [2].
Найбільш активними
стабілізаторами є гідрохінон (ГХ) і дифеніламін (ДА). Механізм їх сумісної дії
відомий і описаний в літературі для карбоцепних і гетероцепних синтетичних
полімерів [3]. Його можна представити схемою:
AmH + RO2• → Am• + ROOH (1)
Am• + PhOH
→ AmH +
PhO• (2)
Таким
чином, молекула дифеніламіну (ДА=AmH)
гальмує процес по реакції (1), а потім знову регенерується по реакції (2) при
взаємодії з гідрохіноном (ГХ=PhOH).
Антиоксидант гідрохінон
може перетворюватись на хінон при взаємодії первинного оксіфенольного радикалу
з пероксидним радикалом:
•ОС6Н4ОН + RO2• → OC6H4O + ROOH (3)
або шляхом диспропорціювання двох оксіфеноксильних радикалів:
2 •ОС6Н4ОН → OC6H4O + НOC6H4OН (4)
Отже, ГХ також може регенеруватись і далі працювати в
синергічній суміші.
Задачу виявлення ефекту синергізму та пошук
оптимального співвідношення стабілізаторів (гідрохінон і дифеніламін) було
вирішено за допомогою повного факторного експерименту 23. Матриця планування повного трифакторного експерименту
та результати досліджень представлені в табл. 1 та 2.
Таблиця 1
Матриця планування експерименту
ПФЕ 23
|
№ досліду |
Значення факторів |
|||||
|
кодовані |
натуральні |
|||||
|
Х1 |
Х2 |
Х3 |
концентрація ГХ, г/л |
концентрація ДА, г/л |
концентрація ізопропанолу, мл/л |
|
|
Х1 |
Х2 |
Х3 |
||||
|
1 |
–1 |
–1 |
–1 |
0,544 |
0,835 |
25 |
|
2 |
–1 |
–1 |
+1 |
0,544 |
0,835 |
62,5 |
|
3 |
–1 |
+1 |
–1 |
0,544 |
1,670 |
25 |
|
4 |
–1 |
+1 |
+1 |
0,544 |
1,670 |
62,5 |
|
5 |
+1 |
–1 |
–1 |
1,087 |
0,835 |
25 |
|
6 |
+1 |
–1 |
+1 |
1,087 |
0,835 |
62,5 |
|
7 |
+1 |
+1 |
–1 |
1,087 |
1,670 |
25 |
|
8 |
+1 |
+1 |
+1 |
1,087 |
1,670 |
62,5 |
Як основний критерій оцінки ефективності дії
суміші стабілізаторів (функція відклику, параметр оптимізації) використовували
показник міцності ниток (розривне навантаження). Для порівняння розривне
навантаження вимірювали безпосередньо після обробки ниток сумішшю (Yобр),
після дії УФ-випромінювання (YУФ) та світлопогоди (YСП)
на стабілізовані нитки.
Досліджено вплив на відповідні функції відклику трьох факторів: концентрації гідрохінону (ГХ); концентрації дифеніламіну (ДА); концентрації співрозчинника – ізопропанолу. Основу ванни складав ПХЕ. Концентрація стабілізатора у ванні добиралась таким чином, щоб вона була менша, ніж при застосуванні індивідуального стабілізатора.
У
якості третього фактору була обрана концентрація ізопропанолу у миючій ванні,
оскільки він викликає більше порівняно з ПХЕ набухання вовняного волокна, що
може, з одного боку, призвести до більшого проникнення стабілізатора всередину
волокна, а з іншого, – можливо, сприяти падінню міцності.
Таблиця 2
Результати експерименту ПФЕ 23
|
№ досліду |
Yобр |
YУФ |
YСП |
|||
|
Y1 |
Y2 |
Y1 |
Y2 |
Y1 |
Y2 |
|
|
1 |
16,08 |
15,87 |
16,21 |
15,87 |
14,95 |
14,66 |
|
2 |
15,80 |
16,10 |
15,52 |
15,62 |
14,72 |
15,20 |
|
3 |
16,30 |
16,10 |
15,47 |
15,49 |
15,41 |
15,18 |
|
4 |
16,50 |
16,44 |
16,03 |
16,30 |
15,86 |
15,64 |
|
5 |
16,13 |
15,98 |
16,22 |
16,10 |
15,62 |
15,64 |
|
6 |
16,56 |
16,41 |
16,33 |
16,12 |
15,99 |
15,98 |
|
7 |
16,21 |
15,87 |
16,21 |
16,10 |
15,41 |
15,24 |
|
8 |
16,10 |
15,87 |
15,42 |
15,45 |
15,25 |
15,06 |
Кожний дослід в матриці планування повторювали двічі
(Y1, Y2). Кожне значення Yі є середнім
значенням з 20 вимірювань.
Розрахунок
коефіцієнтів регресії та оцінку їх значимості проведено за стандартною
методикою [4]. Коефіцієнти рівняння регресії та оцінку їх значимості наведено в
табл. 3. Значимі коефіцієнти підкреслені.
Після математичної обробки одержали наступні рівняння регресії, які адекватні експериментальним даним:
Yобр = 16,145 – 0,158Х1Х2 – 0,098Х1Х2Х3;
YУФ = 15,90 + 0,089Х1 – 0,094Х2 – 0,102Х1Х2 – 0,11Х1Х3 – 0,241Х1Х2Х3;
YСП = 15,362 + 0,162Х1 + 0,099Х3 – 0,304Х1Х2 – 0,105Х1Х2Х3.
У всіх трьох рівняннях коефіцієнти при Х1Х2 (взаємодія факторів Х1 та Х2) є значимими і перевищують всі інші коефіцієнти, що вказує на ефект синергізму ГХ та ДА в процесах стабілізації вовняних текстильних матеріалів, при цьому знак "–" вказує на те, що концентрацію одного із компонентів треба зменшувати. Виходячи з механізму сумісної дії ГХ та ДА, можна припустити, що зменшувати треба концентрацію ДА.
Таблиця 3
Коефіцієнти рівнянь регресії *
|
Коефіцієнти |
Yобр |
YУФ |
YСП |
|
b0 |
16,145 |
15,90 |
15,3625 |
|
b1 |
-0,00375 |
0,08875 |
0,1625 |
|
b2 |
0,02875 |
-0,09375 |
0,01875 |
|
b3 |
0,0775 |
-0,05625 |
0,09875 |
|
b12 |
-0,1575 |
-0,1025 |
-0,30375 |
|
b13 |
0,01625 |
-0,11 |
-0,05125 |
|
b23 |
-0,02375 |
0,0475 |
-0,0275 |
|
b123 |
-0,0975 |
-0,24125 |
-0,105 |
Таким чином, проведений простий експеримент дозволив вибрати оптимальний склад суміші стабілізаторів, обробка якою ниток практично зводить до мінімуму вплив зовнішніх факторів, а також математично підтвердив синергізм дії суміші антиоксидантів.
Література
1. Бубенщикова Г.Т. Комплексна оцінка деструктивних процесів під час
хімічного чищення вовняних текстильних матеріалів. / Г.Т. Бубенщикова, С.А.
Карван // Проблемы легкой и
текстильной промышленности Украины. –2004. –№1(І). – С.150–153.
2. Бубенщикова Г.Т. Використання стабілізаторів під час хімічного чищення
вовни./ Г.Т. Бубенщикова, Г.С. Сарібеков, С.А. Карван // Вісник Технологічного
університету Поділля. –2002. –№5. – С.145–147.
3. Шляпников Ю.А.
Антиокислительная стабилизация полимеров./ Шляпников Ю.А., Кирюшкин С.Г.,
Марьин А.П. – М.: Химия, 1986. – 256 С.
4. Ахназарова С.Л. Оптимизация эксперимента в
химии и химической технологии. / Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. – М.: Высшая
школа, 1978. – 319 С.