Ковтун Л.Г. Химическая технология отделки трикотажных изделий

Подождите немного. Документ загружается.

для ВУЗОВ

Л.ГКовтун

ХИМИЧЕСКАЯ

ТЕХНОЛОГИЯ

ОТДЕЛКИ

ТРИКОТАЖНЫХ

ИЗДЕЛИЙ

Допущено Государственным комитетом СССР

по народному образованию в качестве

учебника для студентов высших учебных

заведений, обучающихся по специальности

«Технология тканей и трикотажа»

Москва

Легпромбытиздат

1989

ББК 37.238

К56

УДК 67/.027.075 (075.8)

Рецензенты: канд. техн. наук доц. В. Н. Забашта (ЛИТЛП им. С. М. Кирова) и

канд. техн. наук 3. К- Ермакова (ВНИИТП)

Ковтун Л. Г.

56 Химическая технология отделки трикотажных

изделий: Учеб. для вузов.— М.: Легпромбытиздат,

1989. — 232 е., ил. — ISBN 5—7088—0017—8.

Рассмотрены строение и химические свойства текстильных

волокон, технология подготовки, крашения, печатания и отделки

трикотажных полотен и штучных трикотажных изделий. Особое

внимание уделено повышению эффективности красильно-отделоч-

ного п1зоизводст|1а, использованию новой техники и технологии,

охране окружающей среды.

Для студентов вузов легкой промышленности.

I К 3002010000-039 ^^ ^^

044(01)-89

i w

ББК 37.238

^•••вш»» издание ' .

Лариса Григорьевна Ковтун

Химическая технология отделки трикотажных изделий

Редактор И. С. Тарасова

Художественный редактор В. В. Зеркалёнкова

Технический редактор Г. А. Алавина

Корректоры В. Д. Четверикова, Т. М. Родичева

ИБ № 303 ,

Сдано в набор 25.01.89. Подписано в печать 03.07.89. Формат 60

88 1/16. Бумага

о<^етная № 2. Литературная гарнитура. Офсет. Объем 14,5 п.л. Усл.п.л. 14,21.

Усл.кр.-отт. 14,46. УЧ.-ИЗД.Л. 15,41. Тираж 5000 экз. Заказ37Ц Цена 50 коп.

Издательство "Легкая промышленность и бытовое обслуживание". 113035,

Москва, 1-й Кадашевский пю., д. 12.

Диапозитивы изготовлены Ярославским полиграфкомбинатом Государственного

комитета СССР по печати 150(114?

ковской типографии № 9 НПО

СССР. 109044, Москва, В лочаевская

ISBN 5—7088—001|7—"

; PC ф C P

7. Отпечатано в Мос-

Госкомпечати

I Ковтун л. Г.,

1Й89

, !

ПРЕДИСЛОВИЕ

Трикотажная промышленность — одна из наиболее

перспективных и быстро развивающихся отраслей

текстильной промышленности. В соответствии с Ос-

новными направлениями экономического и социального

развития СССР на 1986—1990 годы и на период

до 2000 года выпуск трикотажных изделий должен

достичь 2,2—2,3 млрд. шт., а чулочно-носочных изде-

лий — 2,3 млрд. пар. Следует не просто увеличить вы-

пуск трикотажных изделий, а производить нужное

количество модных изделий высокого качества.

Качество изделий в значительной степени опреде-

ляется уровнем техники и технологии красильно-

отделочного производства. В последние годы это про-

изводство оснащается новым, современным оборудо-

ванием, позволяющим повысить производительность

труда, улучшить его условия и обеспечить выпуск

изделий высокого качества.

Настоящий учебник предназначен для студентов,

специализирующихся на технологии трикотажного

производства, и содержит основы химической техно-

логии отделки трикотажных полотен и изделий.

Химическая технология волокнистых материалов —

это наука о сущности химических, физико-химических

и механических процессов, протекающих в красильно-

отделочном производстве. Крупнейшие достижения

в химии красящих веществ, в теории и технологии

крашения, печатания и заключительной отделки свя-

заны с именами русских и советских ученых:

М. А. Ильинского, П. П. Петрова, А. Е. Порай-Кошица,

П.П.Викторова, Ф. И. Садова, М.В.Корчагина,

М. М. Чиликина, Л. И. Беленького, П. В. Морыганова

и многих других. Большой вклад в развитие химичес-

кой технологии волокнистых материалов вносят

сотрудники кафедр химической технологии волокнис-

тых материалов Московского текстильного института

им. А. Н. Косыгина (МТИ), Ивановского хймико-тёх-

нологического института (ИХТИ) и Ленинградского

института текстильной и легкой промышленности

им. С. М. Кирова (ЛИТЛП). Над совершенствованием,

техники и технологии красильно-отделочного произ-

водства работают коллективы отраслевых научно-

исследовательских институтов и прежде всего коллек-

тив ВНИИТП и его филиалов.

Основными направлениями развития красильно-

отделочного производства в трикотажной промышлен-

ности предусмотрено:

техническое перевооружение красильно-отделочных

производств, более широкое внедрение непрерывных

высокоэффективных способов отделки, оборудования

для комплексной отделки, средств автоматики и авто-

матических систем управления технологическими

процессами;

внедрение безотходной технологии;

внедрение новых технологических процессов, ис-

пользование новых видов отделок и красителей, обес-

печивающих получение высококачественных трико-

тажных изделий.

Автор выражает благодарность сотрудникам

ВНИИТП Т. Н. Ломакиной, И. И. Никифоровой и

Л. М. Хозовой за представленные при работе над

учебником материалы, а также рецензентам канд.

техн. наук 3. К. Ермаковой и канд, техн. наук доц.

В. Н. Забаште за ценные замечания.

1. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ТЕКСТИЛЬНЫХ ВОЛОКОН

1.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ВОЛОКОН И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

СЫРЬЕВОЙ БАЗЫ ТРИКОТАЖНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Ассортимент изделий, выпускаемых трикотажной промышлен-

ностью, чрезвычайно разнообразен: от бытовых изделий до поло-

тен специального и технического назначения. Поэтому чрезвы-

чайно широк ассортимент волокон, применяемых для их

производства. В трикотажной промышленности перерабатывают- J

ся. практически все виды текстильных волокон. '

*^По происхождению все известные волокнистые материалы

подразделяют на две большие группы: натуральные (природные)

и химические. Натуральные волокна — это волокна (или волок- ^

нистые материалы), встречаюшиеся в природе. По своему проис-

хождению они подразделяются на волокна растительного (хлопок,

лен, джут, конопля и др.), животного (шерсть, шелк) и мине-

рального (асбест) происхождения. В основе волокон раститель-

ного происхождения лежит целлюлоза, поэтому они называются

еще целлюлозными, а волокон животного происхождения —

белки, поэтому они называются также белковыми. Минеральные

волокна, например асбестовые, для. изготовления товаров народ-

ного потребления не применяются.

/ь^имические волокна подразделяются на искусственные, полу-

чаемые путем переработки природных полимерных материалов, и

синтетические, получаемые путем синтеза и переработки высоко-

молекулярных соединений) Из искусственных волокон наиболее

широкое распространение получили волокна целлюлозного проис-

хождения, к которым относятся вискозные, медно-аммиачные и

ацетатные волокна. Искусственные волокна белкового происхож-

дения используются очень редко. Из группы синтетических

волокон наиболее широкое распространение получили гетеро-

цепные (особенно полиамидные и полиэфирные) и карбоцепные

(полиакрилонитрильные, реже — поливинилспиртовые, поливи-

нилхлоридные и полиолефиновые).

На схеме 1 дана классификация текстильных волокон.

Схема 1. Классификация текстильных волокон

В последние десятилетия баланс сырья как в. текстильной

промышленности в целом, так и в ее трикотажной отраЬЛи

существенно изменился. Значительно выросла доля искусствен-

ных и особенно синтетических волокон. Выпуск химических воло-

кон будет увеличиваться и в дальнейшем.

По прогнозам специалистов к 2000 г. соотношение производ-

ства основных видов волокон в мире будет следующим, %: цел-

люлозные 18, белковые 4, химические. 78, при этом 90 % этого

количества составят синтетические волокна. По данным фирмы

«Хёхст» (ФРГ), в трикотажной промышленности-к 1990 г. умень-

шится доля штапельных волокон и увеличится доля синтетических

комплексных нитей.

1.2. ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ВОЛОКНООБРАЗУЮЩИХ ПОЛИМЕРАХ

Все текстильные волокна построены из высокомолекулярных

соединений — полимеров, состоящих из большого числа повто-

ряющихся группировок — мономерных звеньев, или просто моно-

меров, соединенных между собой прочными химическими

связями в длинные цепочки — макромолекулы. Схематически

макромолекулу полимера можно представить следующим- об-

разом: V i ,

—А—А—А—А—А— или М={А)„,

где А -t- элементарное звено; п — степень полимеризации, т. е. число, указываю-

щее сколько раз элементарное звено повторяется в ^макромолекуле; М — относи-

тельная молекулярная масса полимера. •

Число звеньев в различных макромолекулах одного и того же

полимера неодинаково, поэтому можно говорить лишь о средней

степени полимеризации и о средней относительной молекулярной

массе полимера. Средняя молекулярная масса макромолекул

колеблется от нескольких десятков тысяч до нескольких сотен

тысяч.

В ряде случаев полимер может состоять из различных моно-

меров. Такой полимер называется сополимером. При этом раз-

личные элементарные звенья могут чередоваться регулярно, т. е.

через определенное число звеньев одного мономера могут появ-

ляться мономеры другого типа, или нерегулярно, т. е. сочетание

их может быть случайным:

-^А—А—в—А—А—в— или —А—В—А—А—В—В—А—В—Л—А—

Последовательность расположения мономеров и степень регу-

лярности оказывают большое влияние на свойства полимеров.

В большинстве случаев полимеры, срставляющие текстильные

волокна, относятся к линейным полимерам, т. е. к полимерам,

макромолекулы которых не имеют боковых ответвлений. Но

встречаются и разветвленные и даже сетчатые полимеры.

Рассмотрим основные особенности строения полимеров,

оказывающие влияние на химические свойства текстильных во-

локон.

Химический состав основной, главной, цепи полимера. В зави-

CHMOCVH от состава главной цепи полимеры делятся на карбоцеп-

ные (или гомоцепные), у которых основная цепь состоит только

из атомов углерода:

1111

:—С—С—, и гетероцепные (от грече-

I I I

ского h^teros — иной, другой), в основной цепи которых кроме

атрмов углерода содержатся и другие атомы (азота, кислорода

и т. д.). Например, полиамиды содержат атомы азота:

I I I I I I I I I II

_С—С—N—С—С—С—С—С—С—N—С—С—, а полиэфиры — атомы

кислорода

-0-C-/~Vc-0-C- С-0-.

!! \=J II I I

Наличие функциональных групп, их число в полимере, харак-

тер и реакционная способность. Функциональные группы — груп-

пы атомов, которые находятся на концах макромолекулы или

в боковых цепях, прикрепленных к главной цепи полимера, и

характеризуются определенными свойствами. Способны всту-

пать в химическое взаимодействие с различными химическими

веществами. К функциональным группам, наиболее часто встре-

чающимся в волокнообразующих полимерах, относятся гид-

роксильная —ОН, карбоксильная —СООН и аминогруппа —NH2.

Энергия связи между атомами главной цепи. Энергией связи

называется количество энергии, которое необходимо затратить,

чтобы эту связь разорвать. В главной цепи атомы соединены ко-

валентной связью. Вследствие различного состава основной цепи

и наличия различных заместителей у углеродных и других ато-

мов энергия связи колеблется в довольно широких пределах:

от 80 до 800 кДж/моль. Например, энергия связи углерод —

углерод (—С—С—) приблизительно равна 334 кДж/моль,

энергия связи углерод— азот (—С—N—) 276 кДж/моль.

Энергия связи между соседними макромолекулами, т. е. энер-

гия межмолекулярных связей. Наиболее часто межмолекулярное

взаимодействие осуществляется водородными связями и силами

Ван-дер-Ваальса, энергия которых равна 0,4—8 кДж/моль.

Но в некоторых волокнах, например в белковом волокне шерсти,

между соседними макромолекулами могут возникать и ковалент-

ные связи. Чем больше суммарная энергия этих связей, teM

прочнее волокно и тем больше его устойчивость к различного

рода воздействиям.

Степень полимеризации. С ростом степени полимеризации

температура плавления, как правило, возрастает, а раствори-

мость в различных растворителях уменьшается. О том, как сте-

пень полимеризации влияет на химическую устойчивость полиме-

ра, можно судить по вискозному волокну. Степень полимеризации

гидратцеллюлозы в обычном вискозном волокне 280—400, в то

время как в природной целлюлозе 10 000—15 000. Поэтому вис-

козное волокно более гидроскопично, чем хлопковое, быстрее

разрушается под действием кислот, сильнее набухает и частично

растворяется в щелочах.

Взаимное расположение макромолекул и физическая структу-

ра волокна. Макромолекулы в волокне находятся в некотором

более или менее упорядоченном состоянии и собраны в пучки.

Это упорядоченное взаимное расположение носит название над-

молекулярной структуры. Для волокнистых материалов наиболее

типичными надмолекулярными структурами являются фибриллы.

Макромолекулы в фибриллах удерживаются межмолекулярными

связями, главным образом водородными связями и силами

Ван-дер-Ваальса.

Микрофибриллы неоднородны по своей структуре. Установле-

но, что они состоят из более упорядоченных участков—кристал-

лических зон и менее упорядоченных — аморфных зон, в которых

макромолекулы и отдельные звенья расположены неплотно и

хаотично. Эти участки в микрофибриллах чередуются.

Существует несколько моделей, объясняющих расположение

Кристаллическая

зона

Аморфная

зона

Кристаллическая

зона

Аморфная

гона

(морфологию) цепей в микрофибрилле.

Долгое время считалось, что кристал-

литы в полимерах образованы вып-

рямленными полимерными цепями. Но

такое расположение цепей в кристал-

литах наиболее вероятно для жестко-

цепных полимеров. Для гибкоцепных,

очевидно, при кристаллизации возмож-

но образование складчатых кристал-

литов (рис. 1). Рентгенографические

исследования позволили ряду ученых

придти к заключению, что одним из

способов надмолекулярной организа-

ции цепей макромолекул, образующих

фибриллу, является чередование зон

складчатых кристаллитов с неупорядо-

ченными аморфными зонами, через ко-

торые проходит небольшое число цепей,

соединяющих соседние кристаллиты,

т. е. одна и та же макромолекула может

участвовать в образовании и кристалли-

ческих, и аморфных зон, переходя из

кристаллических участков в аморфные

и наоборот.

Микрофибриллы, состоящие из от-

носительно небольшого числа макромо-

лекул, объединяясь, образуют макро-

фибриллы, в которых они удерживают-

ся друг около друга межмолекуляр-

ными связями, а также из-за перехода

отдельных макромолекул из одной микрофибриллы в другую.

Могут встречаться и более сложные образования, например

сферолиты, характеризующиеся звездообразным расположением

фибрилл. Все надмолекулярные образования в волокнах и эле-

ментарных нитях ориентированы и располагаются преимущест-

венно вдоль оси волокна. Их ориентация в натуральных волокнах

возникает в процессе роста, а в химических — при вытягивании

в процессе производства. Таким образом, волокна и элементар-

ные нити состоят из концентрически расположенных слоев,

состоящих из ориентированных макрофибрилл.

Макрофибриллы связаны в волокне между собой также меж-

молекулярными связями, но так как эти связи возникают только

на ^очень близком расстоянии, равном нескольким ангстремам

(1А=10~"'м), суммарная энергия взаимодействия между мак-

рофибриллами значительно меньше, чем между микрофибрилла-

ми и тем более между макромолекулами в микрофибрилле.

Рис. 1. Расположение макро-

молекул в кристаллических и

аморфных участках микро-

фибрилл волокна

Поэтому при различных воздействиях, механических и химичес-

кйх, разрушаются прежде всего связи между макрофибриллами.

Неоднородность структуры волокон обусловлена также нали-

чием большого количества субмикроскопических пор и капилля-

ров, диаметры которых могут сильно колебаться в зависимости

от природы волокна. Количество и размеры субмикроскопических

пор в значительной степени определяют сорбционную способ-

ность волокна, т. е. возможность проникания различных хими-

ческих веществ и красителей внутрь волокна, и, как следствие,

его устойчивость к различного рода воздействиям.

По своим размерам поры крайне неоднородны. Их появление

обусловлено различными причинами: неупорядоченностью и ма-

лой плотностью отдельных элементов надмолекулярной структуры

волокна, набуханием волокна. Образование пустот может быть

результатом мгновенных смеш,ений отдельных сегментов (участ-

ков) цепей полимера из-за высоких температур, под действием

органических растворителей или по другим причинам. Крупные

поры и треш^ины, которые обнаруживаются методами электрон-

ной микроскопии, могут быть следствием морфологических

особенностей строения волокна.

Все перечисленные факторы в значительной степени определя-

ют устойчивость волокон к тем или иным воздействиям. Поэтому

при проектировании технологических процессов отделки текс-

тильных материалов необходимо иметь четкое представление

о степени устойчивости текстильных волокон к различным воз-

действиям, а также знать характер воздействия различных

химических веществ, с которыми волокна могут встретиться как

при обработке, так и, при эксплуатации. Основными веществами,

воздействию которых может подвергаться волокно в процессе

отделки, являются вода и водяной пар, кислоты, щелочи, окисли-

тели, восстановители, органические растворители. Большое влия-

ние на волокно оказывают высокие температуры.

1.3. СТРОЕНИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ЦЕЛЛЮЛОЗНЫХ ВОЛОКОН

Основой природных растительных волокон, а также искусствен-

ных вискозных-и ацетатных волокон является целлюлоза. В зре-

лом хлопковом волокне целлюлоза составляет 94—96 %. Осталь-

ные 6—4 % падают на примеси — природные спутники целлюлозы.

Наиболее важными из них являются воскообразные вещества

(представляющие собой смесь высших углеводородов, спиртов и

кйслот и их солей и эфиров), пектиновые (смесь полисахаридов),

азотсодержащие (смесь соединений азотной и азотистой кислот

и белковых соединений), зольные и красящие вещества.