Лекція 3. Фізико-хімічні основи відварювання бавовняних тканин

Таблица

При этом безвозвратно теряются ценные полимерные материа­лы, в том числе пищевой продукт крахмал, а их попадание в сточные воды существенно осложняет водоочистку. Проблема эта могла бы быть решена путем регенерации шлихты после расшлихтовки и возвращения ее вновь в ткацкое производство.

Один путь решения этой проблемы — нанесение шлихты из ор­ганических растворителей, расшлихтовка в органических раст­ворителях и регенерация из них шлихты. В качестве органичес­ких растворителей предлагают использовать хлорированные уг­леводороды (пер- и трихлорэтилен), а в качестве шлихтующих препаратов — растворимые в них акрилаты.

Другой путь реше­ния этой проблемы — регенерация шлихты из сточных вод. В этом случае положительные результаты достигаются при за­мене крахмала поливиниловым спиртом, который почти пол­ностью (85—90%) извлекается из сточных вод методами уль­трафильтрации и обратного осмоса с помощью специальных полимерных мембран.

При расшлихтовке из ткани удаляется в значитель­ной мере шлихта и некоторое количество водо- растворимых при­месей целлюлозы. Однако часть шлихты (15—20 %) и нераство­римые примеси (воскообразные, пектиновые и белковые веще­ства, лигнин, пигменты) остаются на ткани, снижают ее гигроскопичность и ухудшают внешний вид.

Особенно трудноудаляемыми загрязнениями, обусловливаю­
щими плохую смачиваемость и капиллярность тканей, являются
воскообразные вещества.

Целью отваркиявляется придание тканям устойчивой н высо­кой смачиваемости путем удаления сопутствующих веществ и прежде всего воскообразных.

В связи с этим следует обратить внимание на химическое строение и расположение воскообразных веществ в хлопковом волокне

Воскообразные вещества и другие загрязнения в основном со­средоточены в первичной стенке, что существенно облегчает их удаление из волокна. Первичная стенка более доступна для хи­мических реагентов, и диффузия из нее загрязнений в варочную жидкость также облегчена по сравнению с диффузией из вторичной стенки, имеющей более плотную физическую струк­туру.

Воскообразные вещества хлопкового волокна представляют собой сложную смесь, состоящую из углеводородов, спиртов, сложных эфиров, жирных кислот и других соединений. Они до­статочно прочно связаны с хлопковым волокном. Предполага­ют, что связующим веществом между гидрофильными целлюло­зой и пектином и гидрофобным воскообразным веществом является остаток фосфорной кислоты.

Основным реагентом варочной жидкости в операции отварки, проводимой, как правило, при температуре выше 100 °С, явля­ется едкий натр, концентрация которого в зависимости от ре­жима и рецептуры отварки колеблется от 10 до 100 г/л.

Назначение едкого натра в операции отварки многофункцио­нально: он действует на само волокно и на примеси, переводя многие из них в водорастворимое состояние.

В щелочной среде при высокой температуре хлопковое волок­но сильно набухает, средний размер пор увеличивается в не­сколько раз (с 5*10^-10 до 30*10^{-10 м), происходит частичное} разрушение первичной стенки, образование в ней микроскопи­ческих трещин. Все это способствует диффузии примесей, со­средоточенных в основном в первичной стенке, в варочную жид­кость.

Большая часть щелочи расходуется на взаимодействие с са­мой целлюлозой. Едкий натр ионизирует доступные гидроксильные группы в гидроксилатные (—ОН ->—O^- + Na⁺) и карбоксиль­ные— в карбоксилатные (—СООН —COO^- + Na⁺).

На эти ре­акции нейтрализации кислотных групп хлопкового волокна расходуется около 1 г NaOH на 100 г волокна, причем 60 % это­го расхода приходится на первый час отварки. Едкий натр рас­ходуется также на гидролиз протеинов и перевод аминокислот в их соли, на омыление жирных кислот (составные части воско­образных).

В общей сложности расход едкого натра при отва­ривании составляет до 2 г на 100 г волокна, и это необходимо учитывать при составлении рецептуры варочной жидкости и при анализе ее состава, так как нельзя допускать концентрацию едкого натра ниже 4 г/л.

Щелочная среда способствует также переводу нерастворимого пектата кальция в растворимый пектат натрия.

Одновременно происходит окислительная деструк­ция пектиновых веществ за счет присутствия в щелочном вароч­ном растворе следов кислорода. В итоге при отварке из волокна извлекается до 70 % пектиновых веществ.

Хотя значительная часть загрязнений переводится в варочную жидкость путем их растворения в горячих щелочных растворах, гидрофобные углеводороды, а также эфиры жирных кислот и спиртов могут быть удалены только за счет их эмульгирования ПАВ, которые с этой целью и вводятся в варочную жидкость. При высокой температуре отваривания воски плавятся (T плавления ~ 60 C ), растекается по поверхности волокна. ПАВ образуют на границе раздела фаз загрязнение варочная жидкость сольватную оболочку, которая снижает поверхностное натяжение и переводит загрязнение в каплеобразное состояние. Наличие сольватной оболочки обеспечивает стабилизацию частиц загрязнение в виде эмульсии в варочной жидкости

Схема:

Роль эмульгаторов играют так же мыла, образующиеся при омылении NaOH, жирных кислот воскообразных веществ.

Особенно высокой эффективностью варочного раствора можно достичь при высокой концентрации щелочи и использовании подходящих ПАВ. Так использование раствора, содержащего 10% NaOH и 0,2% касторового мыла уже через 8 минут на пряже остается около 0,057% воскообразных веществ (исходно 0,506 %)

Для предотвращения резорбции загрязнений на ткань в варочную жидкость в качестве стабилизатора эмульсии вводят силикат Na, играющий роль защитного коллоида. Более эффективно действует силикат натрия в смеси с фосфатами (полифосфатами), которые проявляют суспендирующее действие. Достаточно эффективным является метасиликат.

В настоящее время для стабилизации варочных растворов (предотвращение резорбции) используют смесь амино-три-этилен фосфиновой кислоты и триэтаноламина в соотношении 0,7: 1,5 в количестве 1-5 г/л.

Для предания тканям высокой устойчивой смачиваемости нет необходимости при отварке удалять воскообразные вещества полностью, особенно принимая во внимание, что при содержании ниже 0,25% снижается эластичность волокна.

На капиллярность большое влияние оказывает не столько содержание воскообразных веществ на волокне, сколько характер расположения их на поверхности волокна. С этой точки зрения эмульсионный механизм удаления воскообразных веществ имеет преимущество перед экстракционным в среде органических растворителей (растворение в растворителях).

Эмульсионный механизм обуславливает дискретное распределение остатков воскообразных веществ на поверхности волокна. При этом значительная часть поверхности волок становится гидрофильной и волокно приобретает хорошую капиллярность.

Целлюлоза хлопкового волокна отличается достаточно высокой устойчивостью к действию разбавленных и концентрированных растворов щелочи даже при высоких температурах. Однако, если в системе имеется кислород, происходит окислительная деструкция, которая усиливается с повышением температуры.

Для предотвращения деструкции в варочную жидкость водят антиоксиданты, которые способны связывать кислород, находящийся в системе. В качестве антиоксидантов могут быть использованы восстановители: бисульфит Na, сульфит, гидросульфит.

Восстановители взаимодействуют с кислородом по схеме:

2+→

В последнее время стали использовать в качестве антиоксидантов в варочных растворах такие сильные восстановители как боргидриды.

Как вы уже знаете, отварку можно осуществлять периодическим или непрерывным способом. В практике беления хлопчатобумажных тканей чаще всего используют непрерывный способ.

Периодические способы – осуществляют в котлах, что обеспечивает высокое качество отварки. Поэтому, периодический способ, несмотря на низкую производительность, применяют для определенного ассортимента тканей.

Схему варочного котла и принцип его действия вспомните из курса «Основы ХТТМ»

Отварку ведут при температуре 130⁰С, давлении 2,1 атм., в течение 2-12 часов.( От чего зависит время отварки?) (Состав варочной жидкости?)

NaOH 100% - 10 г/л

Na₂SiO₃ - 3-5

ПАВ - 0,5-1

Сульфит натрия - до 10

Непрерывные способы, как и периодические , должны обеспечить высокое качество отварки, но за значительно меньший промежуток времени (60-120 минут). Состав:

NaOH - 30-130 г/л

Бисульфит натрия - 4-30

Na₂SiO₃ - 5-7

ПАВ - 0,5-1

Ткань, несущая на себе около 100% собственной массы варочной жидкости, подвергается тепловой обработке насыщенным паром при температуре 101-103⁰С в специальных паровых камерах.

При этом ткань одновременно играет роль реактора(- т.к. в ее структуре распределены реагенты ) и объекта воздействия- из нее в результате комплекса физико-химических операций извлекают собственные примеси и загрязнения.

Несмотря на различие в протекании периодического и непрерывного способов щелочной отварки механизм удаления из ткани загрязнений один и тот же.

Поскольку при непрерывном способе отварки модуль ванны М=1 и отсутствует циркуляция раствора, то массообмен в системе ткань – варочная жидкость существенно затруднен.

Трудность массопереноса компенсируется повышением концентрации реагентов, более равномерным распределением реагентов по всему объему ткани на стадии пропитывания усиленного механического воздействия на ткань на стадии промывки, которая следует после отварки.

Время отварки в значительной степени определяется концентрацией гидроксида натрия в варочной жидкости. Хорошая капиллярность достигается за 25 мин. при концентрации NaOH 70 г/л. и за 5 мин. при концентрации NaOH 100 г/л. Такая существенная зависимость времени отваривания от концентрации NaOH позволила разработать высокоскоростные непрерывные способы отварки( за 20 мин ) вместо 60 – 90 мин по традиционному непрерывному способу.

Особо важную роль при непрерывной технологии отваривания играет среда.

Выбирая компромиссное соотношение между капиллярностью и содержанием воскообразных веществ, чаще всего выбирают отварку в паровой среде.

Паровая среда выступает в роли теплоносителя, в котором ткань быстро приобретает температуру тепловой среды и агента, способствующего набуханию волокна.

Наилучшие результаты достигаются при использовании сухого пара, близкого к насыщенному при давлении 1ат. и температуре ≤ 110⁰С.

В некоторых случаях применяют экстракционный способ отварки. При этом в раствор вводят комплексообразователи. Наличие в растворе комплексообразователей (комплексонов) обеспечивает более высокую степень очистки волокна путем извлечения и перевода в комплекс ионов Ca, Mg, Fe.

К применяемым веществам предъявляется так же требование восстановить до .В качестве комплексов при отварке, как и при пероксидном отбеливании, хорошо себя зарекомендовали органофосфаты и аминокарбоксилаты. На практике наиболее широко применяется комплексон – «Трилон – Б» - натриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты.

Фирма БАСФ разработала интенсивный экстракционный способ в котором предусматривается отварка расшлихтованных хлопчатобумажных тканей при температуре 90 – 150 С в течение 0,5 – 300 мин.

Варочный раствор содержит:

едкого натра 4 – 13%,

комплексообразователя 1 – 4%,

ПАВ – 0,5 – 3 %.

Отжим 100%.

В многокомпонентной смеси ПАВ могут применяться диэтаноламиновая соль сульфокислот, изобутилфосфат и др. (препараты леофен КВ). В качестве восстановителя предлагается натриевая соль имино-бис-метансульфиновой кислоты (восстановитель с комплексообразователем – луфиброл КВ). На основе применения луфиброла КВ предложен быстрый способ подготовки ткани к крашению – способ «щелочного шока».

Комплексное воздействие щелочи, ПАВ и комплексообразователей приводит к тому, что во многих случаях не требуется специального отбеливания. Так, при обработке в паровой среде (t = 120 C) в течении 20 мин, концентрации щелочи 8 – 10% достигается белизна ткани 80%.

Отварка в среде органических растворителей

Отварка в среде органических растворителей основана на способности этих соединений растворять воскообразные вещества. Механизм их удаления – экстракционный. Практическое применение (неширокое) нашли хлорирование углеводорода (пер – и трихлорэтилен) фирма Ай – Си – Ай.

В кипящих хлорированных углеводородах за короткое время обработки в течение нескольких секунд происходит почти полное удаление воскообразных веществ. Однако после такой обработки хорошую капиллярность хлопковое волокно приобретает только после заключительной операции кипячения в воде. Аппараты для отварки в среде органических растворителей имеют камеру с кипящим растворителем, промывную часть и устройство для отделения растворителя от воды.

Дата добавления: 2014-03-01; просмотров: 505; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!