Σχεδιασμός και ανάπτυξη λειτουργικών πολυμερών με στόχο τον έλεγχο της βαφής βαμβακερών υποστρωμάτων

• Κύριος συγγραφέας: Τσιμπούκη, Λουκία
• Άλλοι συγγραφείς: Tsimpouki, Loukia
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2022
• Θέματα: Κυτταρίνη; Βαμβακερά υποστρώματα; Χρώματα αντιδράσεως; Όξινα χρώματα; Επιφανειακή χημική τροποποίηση; Κατιοντικά πολυμερή; Cellulose; Cotton fabrics; Reactive dyed; Acid dyes; Chemical modification; Cationic polymers

Η κυτταρίνη, ως φυσικό πολυμερές, βρίσκεται σε αφθονία στη βιόσφαιρα αφού αποτελεί τον δομικό πολυσακχαρίτη των φυτών. Επιπρόσθετα, λόγω των δραστικών υδροξυλομάδων που διαθέτει είναι δυνατό να υποστεί διάφορες χημικές τροποποιήσεις, με αποτέλεσμα την εισαγωγή διαφόρων λειτουργικών ομάδων. Χαρακτηριστικό παράδειγμα πηγής της κυτταρίνης είναι το βαμβάκι, το οποίο αποτελεί το βασικότερο υλικό στη βιομηχανία υφασμάτων. Ωστόσο, η διαδικασία βαφής των βαμβακερών υφασμάτων με διάφορες κατηγορίες χρωστικών, όπως είναι τα χρώματα αντιδράσεως, τα όξινα χρώματα κ.ά., χρήζει βελτιστοποίησης των συνθηκών, λόγω των περιβαλλοντικών προβλημάτων που δημιουργούνται. Πιο συγκεκριμένα, λόγω των απωστικών ηλεκτροστατικών δυνάμεων που δημιουργούνται μεταξύ της αρνητικά φορτισμένης κυτταρίνης και των επίσης αρνητικά φορτισμένων χρωστικών, απαιτείται η χρήση μεγάλων ποσοτήτων ηλεκτρολυτών κατά τη διαδικασία της βαφής. Ωστόσο, η χρήση ηλεκτρολυτών οδηγεί στη δημιουργία αλατούχων χρωστικών αποβλήτων, των οποίων η διαχείριση είναι δυσχερής. Μία μέθοδος η οποία είναι εφικτό να συμβάλει στη μειωμένη χρήση ηλεκτρολυτών στηρίζεται στην αναστροφή του επιφανειακού φορτίου της κυτταρίνης μέσω της χημικής τροποποίησής της με διάφορες κατιοντικές ενώσεις, οι οποίες μπορεί να είναι είτε ενώσεις μικρού μοριακού βάρους είτε πολυμερικά υλικά. Ο βασικός στόχος της συγκεκριμένης εργασίας είναι η αυξημένη συγκράτηση βαφών κατά τη διαδικασία βαφής των βαμβακερών υποστρωμάτων μέσω της χημικής τροποποίησης της κυτταρίνης με κατιοντικά πολυμερή, απουσία άλατος. Εξίσου σημαντικό στόχο αποτελεί η επίτευξη ομοιομορφίας της βαφής και η δημιουργία διαφορετικών αποχρώσεων στα υφάσματα. Έτσι, πραγματοποιήθηκε η σύνθεση λειτουργικών πολυμερικών υλικών τα οποία φέρουν κατιοντικές ομάδες. Ως λειτουργική ομάδα επιλέχθηκε η ομάδα του 4-βινυλο-βενζυλο χλωριδίου (VBC), μέσω της οποίας μπορεί να πραγματοποιηθεί ομοιοπολική σύνδεση με την κυτταρίνη, ενώ ταυτόχρονα μπορεί να τροποποιηθεί η ομάδα του VBC με τριτοταγείς αμίνες εισάγοντας κατιοντικές ομάδες όπως η ομάδα του χλωριούχου βενζυλο-τριμεθυλαμμωνίου (VBCTEAM) και να αντιδράσει ηλεκτροστατικά με την κυτταρίνη. Επίσης, οι πολυμερικοί τροποποιητές που συντέθηκαν φέρουν είτε την ομάδα του μεθακρυλικού μεθυλεστέρα (MMA) είτε την ομάδα του N,N-διμεθυλακρυλαμιδίου (DMAM) με σκοπό τον έλεγχο της υδροφιλικότητας/υδροφοβικότητας και της πυκνότητας φορτίου. Παράλληλα, μελετήθηκε η επίδραση διαφόρων παραγόντων τόσο κατά τη διαδικασία της τροποποίησης των βαμβακερών υποστρωμάτων όσο και κατά τη διαδικασία της βαφής των τροποποιημένων βαμβακερών υποστρωμάτων, ανάλογα με τον πολυμερικό τροποποιητή που χρησιμοποιήθηκε, με στόχο τη βελτιστοποίηση των συνθηκών τροποποίησης και βαφής τους. Η μελέτη αυτή βασίστηκε στη φασματοσκοπία Υπεριώδους - Ορατού (UV-Vis) για τον προσδιορισμό εξάντλησης του λουτρού τροποποίησης ή βαφής, καθώς και στη μέτρηση του δυναμικού ροής (streaming potential) με σκοπό τον προσδιορισμό του ζ-δυναμικού (zeta potential) των βαμβακερών υποστρωμάτων. Μέσω της τροποποίησης της κυτταρίνης με τους κατάλληλους πολυμερικούς τροποποιητές που συντέθηκαν, επιτεύχθηκε η αυξημένη συγκράτηση βαφών κατά τη διαδικασία βαφής των βαμβακερών υποστρωμάτων συγκριτικά με το ατροποποίητο ύφασμα, απουσία άλατος. Επίσης, ανάλογα με τον πολυμερικό τροποποιητή που χρησιμοποιήθηκε για την τροποποίηση της κυτταρίνης ήταν εφικτό να δημιουργηθούν διαφορετικές αποχρώσεις στα τροποποιημένα κυτταρινικά υποστρώματα. Ταυτόχρονα, μέσω του προσδιορισμού του ζ-δυναμικού των βαμβακερών υποστρωμάτων διαπιστώθηκε η αναστροφή του επιφανειακού φορτίου της κυτταρίνης μέσω της τροποποίησής της με τους διαφορετικούς πολυμερικούς τροποποιητές. Τέλος, πραγματοποιήθηκαν μελέτες οι οποίες αφορούν στη διαδικασία του πλυσίματος των τροποποιημένων και βαμμένων βαμβακερών υποστρωμάτων με σκοπό την αξιολόγηση της σταθεροποίησης της χρωστικής στα υφάσματα. Η διαδικασία του πλυσίματος έλαβε χώρα στο αυτοματοποιημένο μηχάνημα τροποποίησης - βαφής AHIBA σε συγκεκριμένες συνθήκες, με χρήση διαλυμάτων ηλεκτρολυτών (NaCl) και διαφορετικών επιφανειοδραστικών ουσιών. Παρατηρήθηκε ότι με χρήση διαλύματος NaCl 0.5Μ δεν υπάρχει σημαντική μεταβολή στην ένταση του χρώματος μεταξύ του τροποποιημένου και βαμμένου υφάσματος πριν και μετά τη διαδικασία του πλυσίματος. Αντίθετα, με χρήση διαλυμάτων επιφανειοδραστικών ουσιών παρατηρήθηκε μείωση της έντασης του χρώματος του βαμμένου υφάσματος και χρωματισμός του διαλύματος πλύσης. Βέβαια, ανάλογα με τον πολυμερικό τροποποιητή που χρησιμοποιήθηκε κατά τη διαδικασία τροποποίησης των βαμβακερών υποστρωμάτων και των συνθηκών βαφής παρατηρήθηκε μικρότερη μείωση της έντασης του χρώματος στα τροποποιημένα και βαμμένα υφάσματα λόγω της καλύτερης σταθεροποίησης της χρωστικής σε αυτά.