Подготовка тканей к крашению и печатанию

Подготовка тканей к крашению и печатанию

Подготовка тканей к крашению и печатанию — это совокупность процессов, обеспечивающих удаление из суровых тканей неволокнистых примесей с целью придания тканям спо­собности быстрого и равномерного смачивания водой и устойчи­вой белизны.

К веществам, подлежащим удалению, относятся природные примеси, которые сопутствуют натуральным волокнам, и хими­ческие материалы, нанесенные на волокно и пряжу в процессах их изготовления и переработки. Для тканей из растительных во­локон к таким материалам относятся естественные спутники цел­люлозы, замасливатель и шлихта; для тканей из шерсти — это остатки жировых и потовых веществ, целлюлозных примесей (растительные загрязнения), замасливатели и в ряде случаев шлихта; для тканей из натурального шелка — серицин, воскооб­разные вещества, жировые эмульсии и мыла, нанесенные перед кручением и ткачеством; для тканей из химических волокон — шлихта, замасливатель и антистатические препараты; для тка­ней из природных и химических волокон — загрязнения, возни­кающие при переработке, смазочные масла, металлическая пыль и др.

Суровые ткани, содержащие указанные примеси, плохо сма­чиваются водой, на них практически невозможно получить яркие, равномерные, насыщенные и прочные окраски.

В процессе подготовки тканей к крашению и печатанию необ­ходимо освободить поверхность и поры волокнистого материала для последующего взаимодействия с красителем и вспомогатель­ными материалами, снять внутренние напряжения, вызывающие неравномерность свойств, при этом обязательно должны быть со­хранены физико-механические и химические свойства волокна.

Указанные задачи определяют выбор химических материалов, используемых при подготовке к крашению и печатанию тканей из различных волокон.

Наиболее широко в операциях подготовки применяют по­верхностно-активные вещества (ПАВ), обладающие целым ком­плексом свойств (моющие, диспергирующие, смачивающие и эмульгирующие).

Все процессы подготовки тканей, при которых происходит соприкосновение твердой и жидкой фаз, связаны с преодолени­ем поверхностной энергии, понижением поверхностного натяже­ния. Достигают этого путем введения в растворы ПАВ. Сниже­ние поверхностного натяжения облегчает проникание жидкой фазы внутрь волокна, способствуя лучшему его смачиванию. ПАВ по химическим свойствам разделяют на две группы — ионо-генные (анионактивные и катионактивные) и неионогенные. Пер­вые способны диссоциировать в водных растворах на анион (ка­тион) и компенсирующие ионы. Вторые проявляют свои свойства в недиссоциированном состоянии. При подготовке волокни­стых материалов к крашению и печатанию применяют главным образом анионактивные и неионогенные ПАВ.

Наиболее часто из анионоактивных веществ используют смесь нафтеновых сульфокислот (контакт), натриевые соли сульфатов высших спиртов (препарат ТМС), натриевые соли алкилбензол-сульфокислот (сульфонол), натриевую соль олеиновой кислоты (олеиновое мыло) и др.; из неионогенных ПАВ — полигликоле-вые эфиры высших жирных спиртов или кислот с общей форму­лой соответственно RO(CH₂CH₂O)_n H или RCOO(CH₂CH₂O)_nH

Рекомендуемые материалы

(R-алкильный остаток, включающий 10—16 атомов углерода), а также продукты конденсации алкилфенола с молекулами окиси этилена (ОП-4, ОП-7, ОП-10); последние трудно поддаются биохимическому разрушению при очистке сточных вод.

В процессе крашения, печатания и заключительной отделки находят применение и катионоактивные вещества.

В красильно-отделочном производстве многие процессы про­водятся в водных растворах. Для обработки волокнистых мате­риалов используют воду определенного качества. О ее пригодно­сти судят по прозрачности, жесткости, окисляемости. Жесткость воды определяется общим содержанием в ней солей кальция и магния и выражается в миллиграмм-эквивалентах на 1 л. Содер­жание солей кальция в количестве 20,02 мг/л или магния в коли­честве 12,14 мг/л соответствует жесткости, равной 1 мг.экв./л. Цвет воды и ее жесткость имеют большое влияние на качества продукции, расход мыла, красителей и других материалов. Со­держание в воде солей железа, кальция, магния, марганца вызы вает неровноту крашения, способствует образованию пятен, сни­жает прочность окраски, делает волокно жестким.

Существует условная классификация воды по жесткости, мг.экв./л: очень мягкая — О...1,5; мягкая— 1,5...3; средней жест­кости— 3...6; жесткая — 6...10; очень жесткая — свыше 10.

Для разных процессов отделочного производства требуется вода различной жесткости, она не должна содержать большого количества легко окисляемых веществ, должна быть прозрачна и иметь рН в пределах 7—8,5; содержание солей железа допуска­ется не более 0,1 мг/л.

Для приготовления растворов мыла, красителей, кислот и ще­лочей можно использовать воду, жесткость которой не более 0,5 мг.экв./л. В других процессах возможно использование во­ды средней жесткости.

Чтобы уменьшить жесткость воды, в отделочном производст­ве применяют химические способы умягчения, основанные на осаждении солей жесткости и удалении их путем реакций обме­на катионов кальция, магния и железа на катионы натрия или в результате образования комплексных растворимых солей, свя­зывающих кальций и магний.

Подготовка волокнистых материалов к крашению и печата­нию представляет сложный процесс и включает большое число операций. Технологические процессы и оборудование для хими­ческой очистки волокнистых материалов определяются характе­ром примесей (природные, искусственные) и прочностью связи их с волокном, химическим, физико-химическим строением во­локна и его свойствами, формой материала, а также теми свойст­вами, которые желательно придать текстильному изделию.

Опаливание тканей

Перед химической очисткой ткани, выработанные из пряжи, проходят механическую операцию — опаливание. В су­ровом виде поверхность этих тканей покрыта пушком выступаю­щих концов волокон, незакрученных при кручении пряжи. Если их не удалить, то после крашения или печатания ворсистая по­верхность будет выглядеть изношенной, а окраска неровной. Кро­ме того, шероховатая поверхность скорее истирается в процессе Эксплуатации. Чтобы сделать поверхность ткани гладкой, удалить пушок и ворсинки и улучшить внешний вид тканей и их эк­сплуатационные показатели, ткани опаливают на газоопаливающих машинах.

Газоопаливающая машина ГО-240 (рис. 2) предназначена для одностороннего и двустороннего опаливания тканей. Машина включает заправочное устройство 1, обеспечивающее натяжение и расправление тканей, пухоочистительную камеру 2, предназначенную для удаления пуха и поднятия ворса, четыре горелки 3 для опаливания, искрогаситель 4 — коробки, в которую по­дается влажный пар, предупреждающий воспламенение ткани от искр, или замачивающее устройство.

Основным рабочим органом газоопаливающей машины являются газовые горелки, которые делятся на три типа: с открытым пламенем, с прикрытой ка­мерой горения и радиационные. Наибо­лее эффективны радиационные горелки (рис. 3). Огнеупорные блоки 2, укреп­ленные в корпусе 1, нагреваются до температуры 1100—1200 °С за счет пла­мени, возникающего в камере сгорания 3, и отдают тепло в виде инфракрасного излучения.

Опаливающая машина окружена шатром, соединенным с вентилятором, который отводит выделяющуюся пыль, газообразные продукты сгорания. Маши­ны оборудованы контрольно-измеритель­ными приборами. Скорость движения хлопчатобумажных тканей до 240, шер­стяных до 60 м/мин.

При опаливании тканей из смеси шерстяных и лавсановых, а также хлопковых и лавсановых волокон ткани не только при­обретают гладкую поверхность, но и предотвращается их пиллингуемость (закатывание в шарики волокон, расположенных на поверхности).

Подготовка хлопчатобумажных тканей

Технологический цикл химической подготовки хлоп­чатобумажных тканей включает расшлихтовку, отварку, беление и мерсеризацию.

Расшлихтовка. Процесс удаления из тканей шлихты и водо­растворимых примесей называется расшлихтовкой. Если шлихта водорастворима (изготовлена на основе синтетических полиме­ров), то ее можно удалить, обработав ткани горячей водой, в ре­зультате чего шлихта набухает и, растворяясь, вымывается из ткани. Если шлихта в основе своей содержит крахмал, который нерастворим в воде, то необходимо подвергнуть его деструкции с целью перевода в растворимое состояние с последующим вымыванием. При этом частично удаляются спутники целлюлозы (пектиновые, азотистые, зольные вещества), что облегчает последующую обработку ткани. Технологический режим, обес­печивающий расшлихтовку тканей, не должен вызывать деструк­цию целлюлозы. Повышение растворимости крахмала может быть достигнуто путем воздействия на него кислот, окислителей, щелочей и ферментов.

Использование двух первых реагентов при несоблюдении технологического режима может привести к воздействию их не только на крахмал, но и на целлюлозу, в результате чего умень­шится механическая прочность ткани.

Расшлихтовка тканей с применением воды, растворов серной кислоты (2—3 г/л), едкого натра (3—5 г/л) сводится к тому, что ткань, пропитанную соответствующим раствором, выдержи­вают 2—24 ч при температуре 30—40 °С, затем промывают. Дли­тельность выдерживания зависит от плотности ткани, количест­ва шлихты и способа расшлихтовки.

Расшлихтовка тканей с применением окислителей осуществ­ляется следующим образом. Ткань пропитывают раствором гипохлорита натрия, содержащим 1—1,5 г/л активного хлора, содер­жание которого определяют с помощью окислительно-восстано­вительных реакций, чаще всего реакции с йодистым калием. Температура раствора 25—30 °С. Затем ткань укладывают в ящики на несколько часов, после чего следует промывка. Иног­да ткань обрабатывают при температуре 40—50°С раствором, содержащим перекись водорода (2—3 г/л) и едкий натр (3—6 г/л), с последующим запариванием при температуре 95—100°С в течение 3—7 мин, затем ткань промывают.

Часто для расшлихтовки используют ферменты — продукты жизнедеятельности животных (панкреатин), микроорганизмов (биолаза и супербиолаза) и растений (диафарин), которые био­логически разрушают крахмал, но практически не оказывают влияния на целлюлозу. Скорость расшлихтовки ферментами за­висит от природы препарата, его концентрации (1—1,5 г/л) и условий применения (рН среды и температуры).

Пропитывание тканей растворами реагентов и промывание после вылежи­вания осуществляют жгутом или врасправку. Для пропитывания и промыва­ния ткани жгутом применяют машину марки ММ-200 (рис. 4). Основными рабочими органами машины являются стальные обрезиненные валы 4, уста­новленные на шарикоподшипниках в станинах 3 над ванной 6, имеющей два направляющих ролика 7, две гребенки 5 для направления и разделения жгутов. Для подачи воды, растворов химических веществ и пара предусмотрены специальные трубы. Машина закрыта шатром 1. Ткань 2 направляется в машину в два жгута с левой и правой стороны, каждый жгут делает по десять витков и в средней части машины жгуты сходятся и направляются на отжим в жало валов. После отжима ткань содержит определенное количество воды или раствора, которое обычно выражают в процентах от массы сухой ткани и называют степенью отжима. На машине ММ-200 степень отжима 100— 110 %, скорость движения до 400 м/мин.

Обработка тканей на этой машине осуществляется в натянутом состоянии. Ткани с легкоповреждаемой   структурой или выработанные из волокон, чувствительных к натяжению в мокром состоянии, следует обрабатывать на машинах с минимальным натяжением жгутов. Это достигается за счет вращения подающих органов машины с опережением на 15—20 % движения ткани. В машине предусмотрен регулятор натяжения ткани. Скорость движе­ния ткани до 300 м/мин.

Ткани с повышенной плотностью или выработанные из крученой пряжи легко заламываются, что может привести к появлению полос при последую­щем крашении. Такие ткани рекомендуется обрабатывать врасправку. При прохождении полотна через машину необходимо предупреждать образование складок (засечек), загнутых кромок, кроме того, нужно обеспечить проводку ткани по центру машины. Поэтому на машинах для обработки ткани врас­правку устанавливается ряд механизмов для расправления, центрирования полотна и регулирования его натяжения. Все это ограничивает скорость пере­движения ткани до 125—200 м/мин.

Машина для пропитывания и промывания ткани врасправку (рис. 5) вклю­чает ванну 3 с тканенаправляющими роликами 5, дуговой тканерасправитель 2 и отжимные валы 1. Ванна закрытого типа снабжена гидравлическими затво­рами, имеет трубу 4 для связи с другой ванной, обогревается паром.

В ряде случаев тканенаправляющим роликам сообщается принудительное вращение с опережением движения ткани до 3—4 %, что позволяет проводить обработку тканей практически без натяжения или при минимальном натяже­нии, способствует ее усадке.

В машинах контролируется расход воды и соответствующих растворов ческой линии, которая концентрация и давление в пневматической линии, которая подает воздух  для прижима валов. На машине установлены счетчики метража.

Отварка. Процесс щелочной обработки с целью удаления не­окрашенных естественных примесей целлюлозы для придания тканям способности быстро и равномерно смачиваться водой называется отваркой; В процессе отварки не только удаляются сопутствующие вещества, но и происходит изменение надмоле­кулярной структуры целлюлозы хлопка.

Для отварки обычно используют варочную жидкость содер­жащую едкий натр ((NaOH), бисульфит натрия (NaHSO₃)   поверхностно-активное вещество (ПАВ), силикат натрия (Na₂SiO₃∙nH₂O).

На первом этапе обработки волокно набухает и адсорбирует едкий натр, затем протекают химические реакции едкого натра с примесями. Пектиновые вещества в результате гидролиза пере­ходят в растворимые соединения и полностью удаляются с во­локна. Азотсодержащие белковые вещества гидролизуются об­разуя аминокислоты, которые с едким натром дают растворимые в воде соли. Минеральные вещества вымываются из волокна около 40 % воскообразных веществ омыляется с образованием натриевых солей жирных кислот. Остальные воскообразные ве­щества удаляются эмульгированием с помощью ПАВ.

Гидрофобные воскообразные вещества расположены на на­ружной поверхности первичной стенки волокна так, что каждый гидрофобный микроучасток окружен гидрофильными вещества­ми или между гидрофобными участками расположены участки целлюлозы. Для успешного протекания процесса эмульгирования необходим перевод воскообразных веществ в расплавленное со­стояние. Температура плавления воскообразных веществ 80°С поэтому температура отварки должна быть выше.

Поверхностно-активные вещества облегчают смачивание во­локна и проникновение раствора внутрь его. ПАВ должны быть де только смачивателями, но и эмульгаторами. Они сорбируются на поверхности раздела воскообразное вещество — варочная жидкость, ориентируясь гидрофобными концами к воскообраз­ному веществу, а гидрофильными — к варочной жидкости. При этом ПАВ обволакивают стягивающуюся по периметру частицу воскообразного вещества защитным гидрофильным слоем пре­пятствующим ее слипанию с другими такими же частицами От­рыв этих частиц от поверхности волокна и переход в окружающую жидкость приводит к образованию разбавленной эмульсии типа масло в воде, какой является варочная жидкость после от­варки.

В условиях отварки (щелочная среда, высокая температура) кислород воздуха, находящийся в растворе, аппарате канале и субмикроскопических порах хлопкового волокна, может вызвать окисление целлюлозы, поэтому необходимо применение антиоксиданта. В этих целях используется бисульфит натрия (сла­бый восстановитель), который, взаимодействуя с кислородом воздуха,      О₂  превращается в бисульфат натрия: 2NaHSO₃→2NaHSO₄. Силикат натрия при повышенной температуре гидролизуется, образуя кремниевую кислоту с высокой адсорбционной поверх­ностью. Эта поверхность сорбирует загрязнения, перешедшие в раствор варочной жидкости, устраняет обратное их осаждение на ткань. Кроме того, силикат натрия предотвращает образова­ние на отвариваемых тканях осадков окислов и солей тяжелых металлов (например, ржавых пятен).

В настоящее время установлено, что главной причиной тер­мически устойчивой смачиваемости является удаление воскооб­разных веществ, изменение состояния самой целлюлозы. Это проявляется в увеличении на доступных поверхностях волокна числа свободных гидроксильных групп, что приводит к уменьше­нию прочности водородной связи между макромолекулами цел­люлозы при последующем высушивании. При отварке уплотня­ется структура волокна, что вызывает уменьшение подвижно­сти макромолекул.

Процесс отварки осуществляют по периодическому и непре­рывному способам. При периодическом способе все необходи­мые операции проводят на определенном количестве ткани. Эти операции осуществляют на одном аппарате или ряде отдельных машин или аппаратов, не агрегированных между собой или агре­гированных частично. При непрерывном способе эти операции осуществляют на ряде машин или аппаратов, составляющих ли­нию, через которую ткань проходит непрерывно. При непрерыв­ных способах процесс обработки более экономичен как по про­изводительности труда, так и по съему продукции с 1 м² произ­водственной площади.

При непрерывном способе отварки ткань пропитывают в машине ММ-200 варочным раствором, содержащим (г/л) едкого натра 20—30, силиката нат-рия 3—5, бисульфита натрия 2—3, ПАВ 1—2. Затем ткань отжимают до влажности 100—110 % и запаривают в атмосфере насыщенного водяного пара ,ври температуре 100—105˚С в течение 60 мин в запарном варочном аппара­те (ЗВА), после чего следует промывка горячей и холодной водой на машине ММ-200.

 Шахта 1 запарного варочного аппарата ЗВА-2 (рис. 7) υ-образной формы и имеет перегородку по ширине. Две ее секции для запаривания предназна­чены для раздельной обработки двух жгутов. Для обработки двух жгутов, сложенных вместе, применяют односекционные шахты. Вместимость шахты 2600 кг ткани. Жгуты ткани 2 поступают на укладчик, состоящий из двух ске­летных барабанчиков 4, двух лопастных роликов-отражателей 5 и качающих­ся лопастей 6. Механизм поперечного перемещения жгутов представляет собой подвижное кольцо, установленное на рычаге 3 маятникового механизма. Укладчик получает движение от индивидуального двигателя, скорость движе­ния жгутов 200 м/мин. На выходе ткани из шахты ее принимает направляю­щий ролик 7. В верхней части укладчика происходит предварительное запа­ривание жгутов. Пар по паропроводу подводится к каждой секции в четырех точках: к одной — в верхней зоне, к двум — в средней и к одной — в нижней зоне.

Запарные машины сапожкового типа для запаривания ткани врасправку отличаются от рассмотренных выше устройством укладчика, который уклады­вает полотно в виде книжки, а также меньшей вместимостью, во избежание заломов полотна в поперечном направлении, что может произойти при массе столба ткани 1000 кг и более.

Ограниченное применение находят рулоноперемоточные запарные маши­ны или камеры длительного запаривания КДЗ-140, представляющие собой за­парные машины с двумя роликами внутри. На эти ролики ткань попеременно накатывается врасправку двумя слоями, что обеспечивает непрерывность процесса. Скорость движения ткани на этих машинах 60—70 м/мии.

При непрерывных способах отварки концентрация реагентов в 2—3 раза выше, чем при периодическом способе. Однако бо­лее низкий модуль при отварке по непрерывным схемам (М = 1,1) по сравнению с котловым способом (М = 3,5) способствует не­значительному увеличению их расхода.

Повышение концентрации едкого натра в варочном растворе до 100 г/л позволяет сократить длительность запаривания до 2—5 мин. Дальнейшее увеличение концентрации щелочи до 200—275 г/л не только ускоряет процесс удаления естественных спутников, но сообщает ткани характерный блеск, повышенную сорбционную способность, усадку.

После отварки ткань промывают теплой, а затем холодной водой для удаления щелочи и обрабатывают раствором серной кислоты (5—8 г/л). Кислота растворяет осадки гидроокиси кальция, образующиеся на ткани в результате взаимодействия едкого натра с солями жесткости. Эти осадки могут вызывать появление пятен при крашении. Кислота способствует также удалению пятен желтовато-бурого цвета, образующихся на тка­ни, если в технической воде присутствуют соли или взвеси желе­за, а также других тяжелых металлов. Обработку кислотой осу­ществляют при температуре 25—30 °С, затем ткань выдерживают в течение 15—20 мин и промывают холодной водой.

Качество отварки оценивается по степени удаления примесей (капиллярности) и сохранению степени полимеризации-макро­молекул целлюлозы.

После отварки хлопчатобумажная ткань легко смачивается водой, но имеет буроватый оттенок вследствие наличия окрашен­ных естественных примесей.

Беление. Процесс обработки тканей окислителями с целью разрушения окрашенных примесей для придания материалам устойчивой белизны называется белением. Основными качест­венными показателями отбеленной ткани являются равномер­ность и устойчивость белизны, сохранность механической проч­ности. Белизна является одним из важнейших показателей ка­чества различных волокнистых материалов. Белизна ткани характеризуется, коэффициентом яркости, который для нормаль­но отбеленной хлопчатобумажной ткани равен 83 %, для соро­чечных тканей 87—88 %.

В отечественной и зарубежной практике в качестве отбели­вателей применяют главным образом окислители: гипохлориты натрия и кальция, хлорит натрия, перекись водорода, реже надкислоты и препараты на основе дихлоризопиануровой кис­лоты.

Гипохлорит натрия NaCIO — соль слабой хлорнова­тистой кислоты и сильного основания гидрата окиси натрия — легко гидролизуется в водных растворах

Свободная хлорноватистая кислота неустойчива, в кислой среде она распадается с выделением молекулярного хлора или кислорода

В щелочной среде гипохлорит натрия более устойчив и под­вергается электролитической диссоциации NaClO      Na⁺+ClO^ˉ.

Таким образом, состав гипохлоритного белящего раствора из­меняется в зависимости от рН среды. При выборе условий беле­ния следует учитывать, что, помимо разрушения окрашенных веществ, возможно окисление целлюлозы. Деструктирующее воз­действие гипохлорита натрия на целлюлозу возрастает при рН>5, достигает максимума в нейтральной среде и уменьшает­ся при переходе в щелочную область. Беление при рН<5 не ре­комендуется из-за выделения хлора. Наиболее приемлемой явля­ется область в пределах рН 8,5—10, в этих условиях скорость окисления окрашенных веществ достаточно высока, а разруше­ние целлюлозы незначительно.

Беление тканей гипохлоритом натрия осуществляют следую­щим образом. Отваренную ткань пропитывают раствором гипо­хлорита 1—1,5 г/л по активному хлору при температуре 25— 30 °С, при более высоких температурах происходит самоокисле­ние гипохлорита до хлората NaClO₃, неактивного при белении.Затем ткань выдерживают в течение 1—2 ч для окисления ок­рашенных примесей. Далее ткань тщательно промывают водой, обрабатывают слабым раствором серной кислоты (1—3 г/л при температуре 30 °С) для разрушения остатков хлорноватистокис-лого натрия

Следующая после этого тщательная промывка холодной во­дой до полного удаления кислоты из ткани завершает весь цикл беления гипохлоритом 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

Хлористая кислота служит источником активного кислорода НClO₂→НС1+2О, который окисляет примеси волокна. В сильно­кислой среде хлористая кислота быстро разлагается с выделе­нием двуокиси хлора

Двуокись хлора токсична и вызывает коррозию аппаратуры. При повышенных температурах хлористая кислота может час­тично переходить в неактивную хлорноватую кислоту

Чтобы обеспечить протекание реакции с выделением кисло­рода, а не двуокиси хлора, 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, так как окисляет только концевые альдегидные группы макромолекул целлюлозы, не затрагивая гидроксильных групп и не разрывая глюкозидные связи в макромолекулах целлюло­зы. Особенностью хлорита натрия как белителя является то, что он разрушает не только окрашенные вещества, но и другие ес­тественные примеси целлюлозы, поэтому при использовании хло­рита натрия длительная щелочная отварка может быть замене­на щелочной обработкой в течение 10 мин.

Беление хлопчатобумажных тканей хлоритом натрия осу­ществляется следующим образом. Ткань при температуре 80— 90 °С пропитывают раствором, содержащим (г/л) хлорита нат­рия 10—15, активатора (моноаммонийфосфата) 5—10, смачива­теля 2,5, кислоты (уксусной, муравьиной, щавелевой) до рН 3,5...4,5, и запаривают в течение 45—60 мин водяным паром при температуре 100 °С, после чего следует промывка водой.

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

Перекись водорода Н₂О₂ — слабая кислота — диссо­циирует по уравнению Н₂О₂  Н + НО₂ˉ. В щелочной среде процесс диссоциации усиливается, равновесие сдвигается вправо вслед­ствие связывания ионов водорода гидроксильными ионами: Н₂О₂ + ОНˉ→Н₂О + НO₂ˉ и в системе накапливаются пергидро-ксилионы НОГ, которые разрушают окрашенные примеси.

В растворе всегда присутствует некоторое количество свобод­ных радикалов

Свободный радикал НО₂ также окисляет окрашенные при­меси.

Ион НОГ сравнительно    неустойчив и может распадаться с выделением молекулярного кислорода 2НО₂→2НОˉ+О₂.

Разложение перекиси водорода — каталитический процесс, ко­торый ускоряется под действием ионов металлов (меди, железа, никеля и др.).

Каталитическое разложение перекиси водорода является нежелательным, так как  выделяющийся   кислород не разрушает окрашенные вещества, а окисляет целлюлозу. Для уменьшения скорости каталитического разложения перекиси водорода в раст­вор вводят специальные стабилизаторы. Наибольшее распрост­ранение получил силикат натрия, являющийся самым дешевым стабилизатором, обеспечивающим получение максимального отбеливающего действия перекиси водорода при достаточно высо­кой степени сохранности волокна. Однако силикат натрия обла­дает склонностью к образованию   труднорастворимых   силика­тов,   которые   выпадают в виде   нерастворимых   осадков    на оборудовании или ткани, что вызывает механическое поврежде­ние ткани. В настоящее время ведется поиск веществ, заменяю­щих силикат натрия.

Беление перекисью водорода проводят при рН 10...11, в этих условиях образуются пергидроксилионы и обеспечиваются дос­таточная скорость беления и хорошие показатели по белизне, а процесс разложения перекиси водорода с выделением кислорода незначителен и деструкция волокна минимальна.

Беление хлопчатобумажных тканей перекисью водорода осу­ществляют следующим образом. Ткань после отварки пропиты­вают при температуре 90 °С раствором, содержащим (г/л) пе­рекиси водорода 3—5, силиката натрия 8—10, едкого натра 3— 5, смачивателя 1—2. Затем ткань укладывают в запарные машины, где выдерживают в течение 60 мин при температуре 100 °С, и промывают.

В настоящее время 85 % хлопчатобумажных тканей отбели­вают перекисью водорода. Широкое применение перекиси водо­рода обусловлено возможностью беления непрерывным спосо­бом, достигая при этом высокой степени белизны и незначитель­ного повреждения целлюлозы. Кроме того, продукты распада перекиси водорода не ухудшают санитарно-гигиенических усло­вий труда, не загрязняют окружающую среду.

Надкислоты разрушают окрашенные вещества в слабо­кислой среде при рН 5...6. Белящее действие надкислот объяс­няют образованием свободных радикалов СН₃СОООН→СН₃СОО∙ +НО·. Конечным продуктом разложения являются кислота и молекулярный кислород 2CH₃COOOH→2CH₃COOH + О₂. Скорость разложения надкислоты регулируют с помощью стабилизаторов (пирофосфаты натрия или калия).

Беление надкислотами осуществляют   следующим   образом. Ткань обрабатывают при температуре 70—90 °С в течение 30 —  60 мин в растворе, содержащем (г/л): надкислоты 3—7 и стаби­лизатора 2—5.

Надкислоты — неустойчивые соединения, их получают непосредственно перед употреблением, используя в качестве исход­ных веществ ангидриды кислот и концентрированные растворы перекиси водорода.

Для беления хлопчатобумажных тканей надкислоты приме­няют редко, их используют для беления тканей из смеси хлоп­ковых волокон с полиамидными и ацетатными.

Дихлоризоциануровая кислота в водной среде гидролизуется с образованием хлорноватистой кислоты

кислота разрушает окрашенные примеси в во­локне. Скорость реакции регулируется изменением температуры, рН и концентрации реактивов. Хлорноватистая кислота выделя­ется постепенно и ее воздействие на отбеливаемый материал оказывается более мягким, чем при использовании других бели­телей, содержащих активный хлор.

Беление дихлоризоциануровой кислотой осуществляется сле­дующим образом. Отваренную хлопчатобумажную ткань пропи­тывают при температуре 60—65 °С раствором, содержащим (г/л): дихлоризоцианурат натрия 10—20, смачиватель 2—3 и хлористый натрий 10. Затем ткань отжимают, запаривают при температуре 70—75 °С в течение 20—30 мин и промывают.

Беление производными дихлоризоциануровой кислоты пер­спективно, особенно для ткани из смеси природных и химичес­ких волокон.

Технология непрерывной подготовки. Основным способом подготовки хлопчатобумажных тканей является щелочно-перекисный способ, осуществляемый на линиях непрерывного дейст­вия с запариванием ткани при температуре 100°С как в виде жгута, так и широким полотном. Данный способ включает от­варку и беление по технологии, описанной ранее. Интересен так­же способ одностадийного беления, который объединяет процес­сы отварки и беления. В этом случае концентрация щелочи не­сколько снижена по сравнению с обычным процессом отварки, а концентрация перекиси водорода увеличена. Тогда перекись во­дорода не только окисляет окрашенные примеси, но и разрушает другие спутники целлюлозы.

Технологический процесс одностадийного перекисного беле­ния и щелочной отварки следующий. Расшлихтованная, промы­тая ткань пропитывается при температуре 90 °С раствором, со­держащим (г/л): перекиси водорода 20—25, едкого натра 5—7, силиката натрия   15—20, ПАВ 2—3. Затем ткань запаривают при температуре 100 °С в течение 1 ч, после чего промывают горячей и холодной водой. Этот способ имеет ряд преимуществ: сокращена продолжительность обработки, экономится электро­энергия, пар, вода, увеличена производительность труда. Однако этот способ применим только для подготовки тканей, изготовлен­ных из незасоренных сортов хлопка.

Эффективным является высокотемпературное беление пере­кисью водорода. Ткань пропитывают щелочным раствором (кон­центрация щелочи 30 г/л) и запаривают при температуре 130 °С в течение 1 мин. В варочный раствор вводят вспомогательные вещества, представляющие собой смесь комплексообразующих веществ и восстановителей, которые усиливают действие щело­чи и защищают целлюлозу от окисления кислородом воздуха. Беление рекомендуется проводить при температуре 140 °С в те­чение 1 мин. Концентрация перекиси водорода 25—30 г/л.

Линии для непрерывной подготовки тканей. Для непрерывного жгутового беления хлопчатобумажных тканей наибольшее применение находят линии ЛЖО-2 и ЛЖО-1.

Линия жгутового беления ЛЖО-2 (рис. 8) предназначена для обработки хлопчатобумажных тканей поверхностной, плотности 85—170 г/м² двумя параллельными жгутами по запарному щелочно-перекисному способу. В состав линии входят пропиточные и промывные машины ММ-200, запарные варочные аппараты ЗВА-2 и сапожковые компенсаторы.

Линия работает следующим образом. На первой пропиточной машине 1 ткань пропитывают щелочным варочным раствором, отжимают до 100— 110%-ной влажности и по закрытому жгутопроводу направляют в первую запарную машину 2, в которой в течение 40—60 мин обрабатывают острым насыщенным паром. Затем ткань перегружают во вторую запарную машину и обработка повторяется, после чего она промывается на двух промывных машинах 3, сначала горячей, потом холодной водой. Между промывными ма­шинами установлены сапожковые компенсаторы 4, предназначенные для осу­ществления непрерывной работы агрегата путем останова машины, работаю­щей с большой скоростью.

Отваренная ткань кареточным тканеукладчиком 5 укладывается в промежуточные компенсаторы—ящики или из сапожкового компенсатора заправляется в пропиточную машину 6 для обработки раствором кислоты. Далее ткань укладывается в сапожковый тканекомпенсатор 4, в котором она находится в течение 3 мин, и промывается холодной водой на двух промывных маши­нах 3, а затем на пропиточной машине 1 обрабатывается щелочным раство­ром перекиси водорода.

Обработанная таким образом ткань по закрытому жгутопроводу поступа­ет в третью запарную машину, обрабатывается острым паром в течение 40— 60 мин и промывается на двух промывных машинах 3 сначала горячей, затем холодной водой и кареточным укладчиком 5 укладывается в ящики.

Линия оснащена приборами автоматического регулирования и контроля температуры растворов и пара в запарных машинах, а также уровня раство­ров в пропиточных машинах. Промывные машины оснащены автоматами прекращения подачи воды в момент их останова. Скорость движения жгутов составляет до 200 м/мин на один жгут, КПВ линии 0,75.

Линия жгутового беления ЛЖО-1 предназначена для отварки и беления хлопчатобумажных тканей одним или двумя соединенными жгутами по запарному щелочно-перекисному способу. Существенными достоинствами этой ли­нии по сравнению с линией ЛЖО-2 является более высокий КПВ (0,81), меньший удельный расход электроэнергии, большая производительность труда. Недостатком линии можно считать трудность разъединения жгутов из-за скручивания, которое они получают при прохождении через пропиточные и промывные машины.

Непрерывные способы обработки позволяют повысить производительность труда и оборудования при одновременном улучшении ровноты и качества от­белки, способствуют сокращению объема незавершенного производства, сни­жению потерь сырья и химических материалов. Например, в зависимости от ассортимента тканей линия ЛЖО-2 по сравнению с периодическим классиче­ским способом беления может заменить 10—12 варочных котлов, работающих в одном потоке с агрегатами подготовки (АПЖ) и отбелки (АОЖ) тканей, сократить продолжительность обработки в 8—12 раз, а съем продукции с 1 м² довести до 75—80 м вместо 20—25 м в час.

Линии для непрерывного беления тканей врасправку обычно комплектуются из пропиточных и промывных роликовых машин для полотна и запар­ных машин для обработки тканей врасправку. На базе запарных камер руло- ноперемоточного типа КДЗ-140 изготовлена линия отбельная расшлихтовоч-вая ЛОР-140, предназначенная для подготовки хлопчатобумажных тканей типа саржи, репса, поплина, тафты, а также тканей из смеси волокон (хло­пок — химические волокна) по щелочно-перекисному способу.

Линия разделена на три секции: I — отварочная, II — отбеливающая, III — сушильная. Линия работает следующим образом. Сухая опаленная ткань через заправочное устройство поступает в I секцию, в которой в трех пропиточных машинах обрабатывается щелочным варочным раствором, отжимается и через роликовый тканекомпенсатор поступает в камеру длительного запа­ривания на 40—60 мин. Затем ткань промывается горячей водой в трех промывных роликовых машинах, далее обрабатывается в двух пропиточных машинах раствором серной кислоты с последующей промывкой холодной водой в трех промывных машинах. После отжима ткань укладывается гармошкой в емкий тканекомпенсатор сапожкового типа. Из тканекомпенсатора ткань че­рез второе заправочное устройство поступает во II секцию, состоящую из трех пропиточных машин для обработки белящим раствором перекиси водорода, второй запарной камеры рулоноперемоточного типа и шести промывных ма­шин, в которых последовательно промывается горячей водой. Затем ткань через роликовый тканекомпенсатор передается в III секцию, где высушивается на 30-цилиндровой сушильной барабанной машине и после охладительной ка­меры накатывается в рулон.

Мерсеризация. Кратковременный процесс обработки ткани под натяжением концентрированным раствором едкого натра (225—300 г/л) при температуре 16—20 °С с последующей про­мывкой ее горячей и холодной водой называется мерсеризацией. Мерсеризованные хлопчатобумажные ткани приобретают блеск и шелковистость, повышаются их гигроскопичность, прочность, сорбционная способность.

Изменение свойств ткани связано с химическими и физико-химическими процессами, протекающими при взаимодействии целлюлозы хлопка с концентрированной щелочью.

Сущность процесса мерсеризации заключается в частичном переводе хлопковой целлюлозы в гидратцеллюлозу через промежуточную стадию образования щелочной целлюлозы.

В начальной стадии обработки волокно набухает, стенки его утолщаются, а диаметр канала уменьшается. В результате ха­рактерная форма хлопкового волокна — сплюснутый цилиндр в виде извитой по длине ленточки — изменяется на цилиндричес­кую, поверхность волокна распрямляется, разглаживается и в результате направленного отражения падающего света появля­ется блеск.

Утолщение стенок сопровождается уменьшением длины волокна. Чтобы предотвратить усадку ткани, мерсеризацию проводят под натяжением. Волокно сорбирует щелочь, макромолекулы целлюлозы начинают взаимодействовать с едким натром в результате чего образуется щелочная целлюлоза. Мерсеризованную ткань промывают водой, и щелочная целлюлоза легко разлагается на гидратцеллюлозу и едкий натр.

Как ранее отмечалось, гидратцеллюлоза отличается от при­родной целлюлозы структурными изменениями макромолекул целлюлозы, частичным разрушением морфологической структу­ры природного волокна, разрывом некоторого числа водородных связей между молекулами целлюлозы, она менее уплотнена и более химически активна, что подтверждается ее высокой гигроскопичностью и способностью сорбировать большее количество красителя.

Впервые изменения свойств хлопковой целлюлозы при обра­ботке концентрированными щелочами описал в 1850 г. англий­ский химик Дж. Мерсер и в честь его процесс получил название «мерсеризации».

Хлопчатобумажные ткани мерсеризуют в суровом виде, пос­ле отварки и после беления. Длительность обработки щелочным раствором суровых тканей 1,5—3 мин, отваренных и отбеленных, обладающих большей гигроскопичностью, 50 с. При мерсериза­ции суровых тканей щелочи расходуется больше, так как она взаимодействует с примесями целлюлозы, щелочный раствор засоряется, повторное использование этого раствора практичес­ки невозможно, причем ткань может быть мерсеризована неравномерно.

На степень мерсеризации большое влияние оказывает сорт и зрелость хлопкового волокна, равномерность пряжи по линей­ной плотности и крутке, а также вид переплетения. Короткие волокна мерсеризуются хуже, так как труднее подвергаются растяжению. Сильно крученая пряжа трудно пропитывается раствором щелочи. Наилучший эффект достигается при обработке тканей атласного и сатинового переплетений, изготовляе­мых из высококачественного хлопка. Для лучшей смачиваемоети ткани в щелочный раствор вводят смачиватели.

Изменение физической структуры волокна сказывается при последующем крашении. Для окрашивания мерсеризованной ткани требуется на 12—25 % меньше красителя, чем для окраши­вания немерсеризованной, причем окраски на мерсеризованных тканях более яркие и устойчивые к различным воздействиям.

В технологической практике применяют полумерсеризацию или натровку для улучшения накрашиваемости волокнистых материалов. Например, тяжелые одежные ткани обрабатывают в растворах щелочи (125—145 г/л) при температуре 20—25°С.

Ткани мерсеризуют на цепных и валковых машинах непрерывного действия.

Линия мерсеризационная цепная предназначена для обработки суровых, отваренных и отбеленных хлопчатобумажных плотных тканей (рис. 9).

Линия работает следующим образом. Ткань через заправочное устройство поступает в ванну трехвальной плюсовки 1, пропитывается раствором едкого натра (225—300 г/л) при температуре 15—18°С, отжимается до 170%-ной влажности, пропускается через первую группу стабилизирующих цилиндров 2, повторно пропитывается таким же раствором едкого натра на второй трех­вальной плюсовке, отжимается, пропускается через вторую группу стабилизи­рующих цилиндров. Пропитывание ткани в двух плюсовках и прохождение пропитанной ткани по стабилизирующим барабанам удлиняет воздействие ще­лочи на целлюлозу. После пропитки ткань вводится в цепное поле 3, под­вергается ширению и первоначальной отмывке от едкого натра промывной жидкостью, подаваемой из спрысков 4. Далее ткань отжимается и проходит через две ванны выщелачивателя 5, где подвергается действию горячей воды и пара для дальнейшего освобождения от щелочи и поступает на промывную нейтрализационную часть 6, в которой в одной ванне промывается холодной водой, в двух ваннах обрабатывается раствором серной кислоты (3—10 г/л) при температуре 20—25 °С для нейтрализации остатков щелочи, промывается в пяти ваннах. Затем ткань отжимается до 95—100 %-ной влажности, высу­шивается на сушильной барабанной машине. На линии предусмотрено автоматическое регулирование температуры растворов в выщелачивателе и пропи­точных ваннах, концентрации кислоты, давления пара и сжатого воздуха, подводимых к машине. Предусмотрен контроль температуры воды и рабочих растворов в ваннах линии, давления сжатого воздуха и пара, расхода горя­чей воды, скорости движения ткани и ее метража. Скорость движения ткани достигает 80 м/мин.

Валковые машины предназначены для мерсеризации тонких тканей.

Валковая машина (рис. 10) состоит из заправочного устройства 1, щелочной коробки 2, в которой расположено несколько пар валов, выполняющих роль стабилизирующих барабанов и промежуточных отжимов, обеспечиваю­щих глубокое пропитывание ткани раствором едкого натра и движение по­лотна. Нижние валы — стальные, верхние — обрезиненные (они свободно лежат на нижних). На выходе из коробки установлены отжимные валы 3, устройство промывной части 4 аналогично. Выщелачиватель 5 представляет собой закрытую коробку с двумя рядами пустотелых валов. В него подается горячая вода для удаления щелочи. Окончательная промывка осуществляется в нейтрализационной части 6, где ткань сначала обрабатывается раствором кислоты, затем промывается водой. Скорость движения ткани до 50 м/мин, количество полотен в заправке 2—4.

Для мерсеризации текстильных материалов начинает нахо­дить применение безводный жидкий аммиак, который при температуре —33 °С хорошо смачивает даже суровую хлопчатобу­мажную ткань, в течение 1—2 с проникая внутрь волокна. При этом происходит   модификация   целлюлозы, что выражается в уменьшении степени кристалличности волокна, увеличении размеров микропор, удельной внутренней поверхности волокна, повышении адсорбционной способности и гигроскопичности. Для регенерации жидкий аммиак можно удалять из волокна путем обработки его горячей водой или высушиванием.

Отварка хлопчатобумажной ткани в растворе щелочи    200—275 г/л при последующем запаривании при темпе­ратуре 105°С не только ускоряет про­цесс, но и сообщает ткани свойства, приобретаемые ею обычно только в процессе мерсеризации. Таким образом, в едином технологическом процессе объединяются две сложные операции — отварка и горячая мерсеризация. Для этих целей разработана линия ЛМО-140 предназначенная для совмещенного способа мерсеризации и отварки хлоп­чатобумажных тканей поверхностной плотности до 300 г/м2, выработанных из крученой пряжи или пряжи, со­держащей хлопковое волокно в смеси с синтетическими (лавсан).

Технологический процесс на линии ЛМО-140 осуществляется следующим образом. Ткань врасправку пропитывается последовательно в двух пропиточных машинах раствором, содер­жащим (г/л): едкого натра 180—250, ПАВ 5— 10, бисульфита натрия 5. Затем ткань отжи­мается до 100 % и запаривается в камере дли­тельного запаривания КДЗ при температуре 100 —

102 °С в течение 60—90 мин. При этой температуре водный раствор едкого натра на ткани находится в кипящем состоянии и тем­пература поддерживается на уровне 105—107 °С (температура кипения раствора едкого натра концентрации 200—250 г/л), что защи­щает волокно от деструкции кислородом возду­ха, так как при данной температуре воздух в волокне практически отсутствует.

После запаривания ткань направляется в выщелачиватель, включающий две ванны, далее в нейтрализационную часть машины, в которой семь ванн, где ткань сначала обрабатывается слабым раствором серной кислоты, а затем промывается водой. После этого на сушильной барабанной машине ткань высушивается. Ско­рость движения ткани до 100 м/мин. При ис­пользовании совмещенного способа мерсери­зации и отварки сокращаются затраты труда, расход воды, потребление электроэнергии.

Подготовка изделий из льна

Особенности в подготовке изделий из льна обус­ловлены гистологической структурой льняного волокна и нали­чием большого количества природных примесей (до 25 % от массы волокна). Чтобы добиться высокой степени очистки изде­лий и сохранить техническое волокно, не разрушив его до эле­ментарных волокон, целесообразно не ужесточать условия под­готовки, а проводить этот процесс многостадийно. В настоящее время отбеливают ровницу, из которой изготавливают полубе­лую пряжу и соответственно полубелые ткани, и затем только их добеливают.

Паковки ровницы отбеливают в закрытых аппаратах перио­дического действия, например в аппаратах типа АКД, при тем­пературе 98—100 °С в течение 2—3 ч. Принцип работы этих ап­паратов см. на с. 82—84. Варочный раствор содержит 3 г/л пе­рекиси водорода, 10 г/л силиката натрия и 5 г/л соды. Отварен­ную ровницу тщательно промывают.

Непрерывный щелочно-гипохлоритно-перекисный способ бе­ления льняной полубелой ткани включает следующие операции:

•    пропитка раствором гипохлорита    натрия    концентрации 2—2,5 г/л активного хлора при температуре 20—22°С; выдержи­
вание в компенсаторе в течение 1,5 ч без нагревания; промывка
холодной водой;

• пропитка щелочным раствором перекиси водорода, содер­
жащим (г/л): перекиси водорода 2,3—2,7, силиката натрия 10—
12, соды 3—3,5; отварка в компенсаторе с жидкостным наполне­
нием в течение 1,5 ч при температуре 85—90 °С; промывка го­
рячей и холодной водой;

•  пропитка раствором   гипохлорита   натрия   концентрации
1—1,1 г/л активного хлора; выдерживание в компенсаторе при
температуре   20—22 °С в течение 1,5 ч; промывка   холодной во­
дой;

 • пропитка щелочным раствором перекиси водорода, содер­
жащим (г/л): перекиси водорода 3—3,2; силиката   натрия 10—
12, соды 2—2,5; обработка в жидкостном компенсаторе при тем­
пературе 85—90 °С в течение 1 ч; промывка горячей и холодной
водой;

• обработка раствором серной кислоты концентрации 2—3 г/л при температуре 20—22°С; выдерживание в компенсаторе при той же температуре, промывка холодной водой.

Информация в лекции "127 Средства, тормозящие реполяризацию" поможет Вам.

Перекись водорода не только разрушает окрашенные    при­меси, но и обеспечивает прохождение процесса антихлорирова­ния, т. е. разрушение остатков гипохлорита натрия в волокне NaCIO + Н₂О₂ = NaCl + О₂ + Н₂О.

Подготовку льняной ткани по щелочно-гипохлоритно-перекисному способу проводят на линии, на которой ткань обраба­тывают в один жгут со скоростью до 80 м/мин. Чтобы не нарушить целостность техни­ческого льняного волокна при механических воздей­ствиях, для пропитки рас­творами и промывки при­меняют мойно-материальные машины. В этих ма­шинах жгут не испытыва­ет натяжения (машины со свободным жгутом). Вы­леживание пропитанной ткани осуществляют в компенсаторах соответст­вующими растворами.

Линия состоит из пяти секций. Первая секция предна­значена для расшлихтовки с использованием гипохлорита натрия, вторая — для отварки и беления щелочным раствором, перекиси водорода, третья — для беления гипохлоритом нат­рия, четвертая — для беления и антихлорирования щелочным раствором перекиси водорода, пятая — для обработки раст­вором серной кислоты и про­мывки.

На рис. 11 приведена тех­нологическая схема одной сек­ции линии, так как все секции состоят из однотипных машин.

Ткань пропитывается рас­твором реагента на машине 1, укладывается в компенсатор 2, где выдерживается в течение определенного времени, затем промывается на машине 3 и укладывается в ящик 4 или по­ступает в следующую секцию.

Наиболее перспектив­ным при подготовке изде­лий из льна является при­менение хлорита натрия. В этом случае типовой про­цесс подготовки льняной ровницы состоит из кислования, хлоритной обра­ботки при температуре 80°С, нейтрализации и щелочно-перекисной об­работки. Применение кис­лых    растворов   хлорита натрия для беления льняной пряжи, а также льняных и полульняных полотен дает возможность значительно улучшить ка­чество изделий при одновременном ускорении технологического процесса.