Подготовка текстильных материалов

1 Подготовка текстильных материалов

         Цель – очистка текстильных материалов от примесей, как естественных (природные волокна), так и искусственно нанесенных при механической переработке (прядении, ткачестве, вязании), для обеспечения взаимодействия красителей с  макромолекулами волокнообразующих полимеров в процессах крашения и печатания, а также для   придания, если необходимо, высокой и устойчивой белизны.

         Технология процессов подготовки определяется:

1. наличием и характером примесей на волокнах. Чтобы эффективно очистить ТМ от примесей, необходимо знать их свойства, чтобы подобрать условия для их удаления.

2. химическими свойствами волокон. Процессы подготовки необходимо вести в условиях, не допускающих ухудшение прочностных характеристик волокон. Необходимо учитывать отношение волокон к действию различных веществ, используемых в процессах подготовки.

Для удаления примесей используются вещества:

· кислоты серная H₂SO₄  и уксусная CH₃COOH;

· щелочные реагенты NaOH, Na₂CO₃, NaHCO₃;

· окислители Н₂О₂, NaClO₂ (отбеливатели), NaNO₂, K₂Cr₂O₇;

Рекомендуемые материалы

· восстановители гидросульфит Na₂S₂O₄ , ронгалит;

· поверхностно-активные вещества (ПАВ) - смачиватели           

                       кислая среда    Н   щелочная среда

Шкала рН   0____________7____________14

                          

1.1. Поверхностно-активные вещества ПАВ

ПАВ – снижают поверхностное натяжение на границе раздела вода – волокно и облегчается смачивание волокон и проникновение отделочных материалов в поры волокон. ПАВ способствуют удалению жировых веществ  путем эмульгирования. Молекулы ПАВ имеют дифильное строение:           

                                                Гидрофильная часть           Гидрофобная часть

                                                                                           -(СН₂)_n-CH₃

В зависимости от строения гидрофильной части ПАВ делятся на:

1. ионогенные – анионактивные (R-SO₃Na) и катионактивные;

2. неионогенные R-O-(CH₂-CH₂-O)_n-H

Механизм моющего действия ПАВ

Основные операции подготовки ТМ

1.2. Операции подготовки х/б тканей и трикотажных полотен

Естественные примеси хлопкового волокна (5 – 6 %): воскообразные, азотистые, пектиновые, минеральные, естественные красители.

На тканях – шлихта 3 -4,5 %.    

Свойства целлюлозы – неустойчивость к кислотам и окислителям.

Основные технологические операции:

1. Механические операции: опаливание, стрижка.

2. Расшлихтовка – удаление шлихты путем перевода крахмала и крахмалоподобных продуктов в растворимое состояние.

     -  Расшлихтовка кислотами. Пропитка ткани растором H₂SO₄ 2-3 г/л при   30 – 40⁰С с последующим вылеживанием в ящиках в течение 2 – 24 час. и промывкой.

                     [С₆Н₇О₂(ОН)₃]_n  + n H₂O →  [С₆Н₇О₂(ОН)₃]_m,  n >> m

                               Крахмал                                           декстрин

Недостаток – возможное разрушение целлюлозы  в результате кислотного гидролиза:     целлюлоза  →  гидроцеллюлоза.

      -  Расшлихтовка ферментами (энзимами).

Ферменты – биологически активные вещества животного или растительного происхождения: панкреатин, биолаза, супербиолаза, амилосубтилин.

Обработка: пропитка ткани раствором, содержащим 2 г/л фермента, рН = 5.8- 6.0 при 60 -70⁰С в течение 10-20 мин. с последующей промывкой.

3. Щелочная отварка. Цель – удаление нерастворимых воскообразных примесей  и придание высокой смачиваемости.

Состав варочной жидкости и режим обработки:

 4. Беление  перекисью водорода – дешевый, доступный и нетоксичный отбеливатель, высокое качество отбеливания.

                          H₂O₂  ↔ Н⁺  + НО₂^- (пергидроксил-ион)

Для увеличения концентрации пергидроксилиона в раствор вводят щелочь:

                          H₂O₂   +  ОН^-  →  H₂O   +  НО₂^-      рН = 10 – 11

Под действием ионов металлов Fe²⁺  или  Mg ²⁺ протекает каталитическое разложение перекиси водорода с выделением кислорода, окисляющего целлюлозу. Для предотвращения этого в раствор вводят стабилизатор – силикат натрия.

         Состав растворов и условия обработки:

5. Мерсеризация – проводится для облагораживания х/б тканей, придания блеска волокну и повышенной гигроскопичности.

Технологическая схема мерсеризации: пропитка в расправленном и натянутом состоянии ткани раствором NaOH – 225 – 300 г/л, 16 – 18 ⁰С, 1 мин., затем следует промывка горячей водой, раствором кислоты для нейтрализации остатков щелочи,  холодной водой.

При пропитке образуется щелочная целлюлоза, которая легко гидролизется при последующей промывке с образованием гидратцеллюлозы (ГЦ) – структурного изомера природной целлюлозы. При этом разрывается часть межмолекулярных водородных связей и разрыхляется структура волокна. Если обработку проводить без натяжения, волокно сильно усаживается.

Натяжение препятствует усадке, приводит к распрямлению набухшего волокна, поверхность которого лучше отражает свет, у волокна появляется блеск.

1.3. Подготовка ТМ из шерсти

Основные примеси шерстяного волокна: остатки жиропота, замасливатели, шлиха, целлюлозные растительные примеси, естественные красители.

Основные операции подготовки: промывка, беление, карбонизация, заварка и декатировка.

1. Промывка проводится для удаления жиропота, замасливателей и шлихты с целью придания повышенной и равномерной смачиваемости. Учитывая неустойчивость шерстяного волокна к действию щелочей промывка ведется в мягких условиях (рН 8) и при низкой температуре (35 – 40⁰С).

Состав раствора:

Промывка производится в течение 35 – 40 мин. 2 – 3 раза свежим раствором. Общая продолжительность обработки 2 – 3 часа. Затем промывают ТМ теплой и холодной водой.

2. Беление. Отбеливают только светлоокрашенную  шерсть перекисью водорода Н₂О₂ в мягких условиях: рН = 8 – 9, температура 45 – 50⁰С.

Состав раствора (г/л):

Н₂О₂ (25 %)                                                        - до 20;

Стабилизатор тетрапирофосфат натрия Na₄P₂O₇  - 1,5;

Щелочной реагент NH₄OH (25%)                        - 1,5;

ПАВ                                                                   -  1,0

Продолжительность обработки 1 час, затем ТМ оставляют в остывающей ванне не 10 – 12 часов и промывают теплой и холодной водой.

3. Карбонизация. Целью обработки является удаление целлюлозных растительных примесей (семена растений, колючки, остатки листьев и др.), которые прочно удерживаются в массе шерстяного волокна и не могут быть полностью удалены при механической очистке шерсти. Процесс основан на различной устойчивости к действию кислот шерсти и целлюлозы.

Карбонизация проводится в несколько стадий:

1. пропитка шерсти в виде волокна или ткани 3 – 6 %-ным раствором серной кислоты при 20 – 25⁰С;

2. отжим 70 – 100 %;

3. высушивание при 80⁰С;

4. термообработка при 105 – 110⁰С в течение 3 – 5 минут.

В процессе сушки происходит кислотный гидролиз целлюлозы с образованием гидроцеллюлозы, характеризующейся низкой термостойкостью и прочностью.

                                                + Н₂О, кислота

        [C₆H₇O₂(OH)₃]_n                                 [C₆H₇O₂(OH)₃]_m

            целлюлоза                                   гидроцеллюлоза,   n >> m

Полученная гидроцеллюлоза легко обугливается при термообработке.

5. механическое удаление хрупких обугленных остатков гидроцеллюлозы;

6. промывка карбонизованной шерсти холодной водой, а далее 2%-ным раствором соды или аммиака для нейтрализации оставшейся на волокне кислоты.

Если шерсть далее подвергается крашению в кислой среде, то промывку можно не проводить.

4. Заварка и декатировка. Цель – придание тканям стабильных линейных размеров. Заварка проводится в горячей воде 100 – 110 ⁰С, декатировка – обработка паром при 100⁰С в течение 25 – 60 с., затем следует «шоковое» охлаждение водой.

В этих условиях при растяжении волокна кератин шерсти переходит из α –  в

β – модификацию (рис. 1). Распрямление извитых цепей α – кератина сопровождается гидролитическим разрывом поперечных связей в макромолекуле кератина. При длительном влажно-тепловом воздействии на волокно под натяжением образуются новые поперечные связи, фиксирующие растянутую структуру β – кератина. При последующем охлаждении волокна сохраняют эту структуру  и без натяжения. Растянутые волокна имеют легкую волнистость и приобретают блеск. Однако, при повторном воздействии пара или горячей воды без натяжения волокна вновь сокращаются, переходя в α – модификацию.

                     

1.4. Подготовка ТМ из химических волокон

Химические волокна выпускаются в белом виде и не содержат природных примесей. Основная задача при их подготовке – удаление веществ, нанесенных на волокна при их изготовлении и переработке: жировых эмульсий, подцветочных красителей, шлихты, антистатиков.

1. Отварка проводится для удаления жировых эмульсий, шлихты, антистатиков.  Обработка проводится в растворе, содержащем (гл):

ПАВ                                               - 1 – 2;

Кальцинированная сода Na₂CO₃      - 1,0

Температура 80 – 85 ⁰С. Продолжительность отварки 1 час.

Для волокон, неустойчивых к действию щелочей (вискозные, ацетатные, полиакрилонитрильные), отварка может проводится  в нейтральной среде без добавления соды.

2. Беление.

Беление ТМ из химических волокон может проводиться  перекисью водорода, но в отличие от х/б тканей, в более мягких условиях в слабощелочной среде.

Для беления химических волокон, неустойчивых к действию щелочей рекомендуется использовать отбеливатель хлорит натрия.

Хлорит натрия NaClO₂ проявляет отбеливающую способность в кислой среде и особенно при рН=3,5 – 4,5. В  данных условиях хлорит натрия гидролизуется с образованием хлористой кислоты:

               NaClO₂   +  Н₂О  →  НClO₂  +  NaOH

Хлористая кислота служит источником активного кислорода:

                            НClO₂   →  НС1+2О

Активный кислород окисляет и обесцвечивает окрашенные примеси волокна. В избытке кислоты выделяется токсичный диоксид хлора ClO₂.

Чтобы обеспечить протекание реакции с выделением кисло­рода в раствор для беления вводят специ­альные вещества - активаторы, которые сначала ускоряют гид­ролиз хлорита натрия, а затем гидролизуются с выделением кис­лоты и поддерживают рН среды на оптимальном уровне.

Хлорит натрия - мягкодействующий окислитель и при опти­мальных значениях рН практически не вызывает деструкцию во­локна.

Беление ТМ из химических волокон отбеливают хлоритом натрия периодическим способом.

Раствор для беления содержит:

Хлорит натрия                              -  1 – 2 % от массы ТМ;

Уксусная кислота                          -  до рН = 4;

Активатор моноаммонийфосфат   -  5 – 10 г/л;

ПАВ                                             - 1 -2 г/л

ТМ обрабатывают при температуре 80 – 90⁰С в течение 2 часов, после чего следует промывка горячей и холодной водой.

Несмотря на преимущества хлоритного способа беления, он находит ограниченное применение из-за коррозирующего действия выделяющейся двуокиси хлора. Аппаратура для хло­ритного беления должна изготавливаться из сплава, содержащего титан.

Оптические отбеливающие вещества (ООВ).

 Для получения повышенного эффекта белизны тканей применя­ют оптически отбеливающие вещества, которые пред­ставляют собой флюоресцирующие белые красители. Их приме­няют для получения повышенного эффекта белизны изделий, вы­пускаемых в белом виде. Эти вещества способны поглощать невидимые ультрафиолетовые лучи и преобразовывать их в види­мые сине-фиолетовые лучи, которые вместе с желтыми лучами, отражаемыми отбеливаемым ТМ, воздействуют на глаз человека, создавая восприятие чисто-белого цвета.

Чаще всего ООВ служит не для замены окислительного бе­ления, а как дополнение к нему. Для сокращения числа техно­логических операций часто объединяют обработку ООВ с основ­ным окислительным белением.

Обработка производится в растворе ООВ 0,2 – 0,5 % от массы ТМ при температуре 80 – 90 ⁰С в течение 1 – 1.5 часов.

3. Термостабилизация.

В процессе влажно-тепловых обработок ткани из термопла­стичных волокон способны образовывать необратимые деформа­ции (неравномерную усадку, фиксирование на поверхности тка­ни складок, заломов), что объясняется их неравновесным состоянием и большими внутренними напряжениями. Устранение внутренних напряжений и перевод волокон в равновесное состояние осу­ществляют в процессе термостабилизации.

Термостабилиза­ция — процесс специальной тепловой обработки ткани, находящейся под натяжением, для придания ей мягкости, стабильности линейных размеров, безусадочности и устойчивости к смятию, препятствуют образованию заломов и складок на ее поверхности.

Процесс термостабилизации состоит из двух стадий:

1.нагревание ткани до определенной для каждого волокна температуры, обеспечивающей разрыв неустойчивых межмолекулярных связей и выравнивание внутренних напряжений в цепях макромолекул;

2.быстрое охлаждение, приводящее к образованию межмолекулярных связей при новом состоянии волокна, свободном от внутренних напряжений.

Верхний предел температуры стабилизации определяется температурой размягчения волокна. Чем ниже температура стабилизации, тем больше длительность обработки.

  Условия термостабилизации синтетических волокон

Отклонения технологических параметров при термостабилизации приводят к появлению неровноты волокон по структуре, неравномерной окраски при последующем крашении.

Термостабилизацию обычно проводят после отварки перед крашением, так как имеющиеся на суровых тканях примеси в процессе стабилизации настолько прочно фиксируются на тканях, что затрудняется их удаление при отварке.