Ковтун Л.Г. Химическая технология отделки трикотажных изделий

Подождите немного. Документ загружается.

электролиты. При низкой концентрации они в ряде случаев уве-

личивают скорость диффузии, а при высокой — уменьшают.

Уменьшение скорости диффузии при повышении концентрации

электролита выше определенного предела объясняется усилением

агрегации красителя. Укрупнение частиц красителя и приводит

к снижению скорости диффузии.

Таким образом, основными факторами, направленными на

интенсификацию (ускорение) диффузии, являются: повышение

температуры обработки, для чего используют высокотемператур-

ные способы крашения; введение в ванну веществ, способствую-

щих набуханию волокна или снижению температуры стеклова-

ния; введение веществ, снижающих сродство красителя к волок-

ну, и веществ, способствующих дезагрегации красителя.

Четвертая стадия процесса крашения — фиксация красителя

волокном — протекает очень быстро и происходит одновременно

с двумя предшествующими. Характер связи, образующейся меж-

ду волокном и красителем, определяет устойчивость окраски к

различного рода воздействиям, прежде всего к мокрым обработ-

кам. Как правило, молекула красителя фиксируется одновре-

менно различными типами связей, но какая-то из них является

главной для красителя данного класса и данного волокна.

Рассмотрим связи, фиксирующие красители на волокне.

Ковалентная — химическая связь между двумя атомами, осу-

ществляемая общей парой электронов. Энергия этой связи зави-

сит от свойств атомов, вступающих во взаимодействие, и колеб-

лется от 210 до 420 кДж/моль. Обеспечивает высокую устойчи-

вость окраски. Примером может служить связь, образующаяся

между целлюлозным волокном и активным красителем.

Ионная — химическая связь, возникающая между противопо-

ложно заряженными группами красителя и волокна в результате

электростатического притяжения. Энергия взаимодействия 40—

80 кДж/моль; Этой связью фиксируются кислотные красители

на белковых волокнах и катионные красители на полиакрилонит-

рильном волокне. Ионная связь обеспечивает хорошую и сред-

нюю устойчивость окраски к мокрым обработкам, так как в опре-

деленных условиях возможна диссоциация.

Водородная — промежуточный тип связи между физической

и химической. Энергия связи невелика — 8,5—42 кДж/моль, но,

несмотря на это, она играет чрезвычайно важную роль в фик-

сации красителей всех классов различными волокнами, так как

между красителем и волокном возникает не одна, а несколько

связей, что в сумме дает довольно высокую энергию взаимо-

действия. Однако эта связь не может обеспечить высокую устой-

чивость окраски, особенно к мокрым обработкам.

Межмолекулярные силы Ван-дер-Ваальса — физические си-

лы, возникающие как между полярными, так и между неполяр-

ными группами и атомами красителя и волокна. Энергия взаимо-

действия очень мала и составляет всего 2,1—8,5 кДж/моль, од-

нако, так же как и в случае водородных связей, в сумме силы

Ван-дер-Ваальса дают достаточно высокую энергию взаимодей-

ствия, .но не способны обеспечить устойчивую окраску, так как

при повышении температуры и в присутствии полярных веществ

разрываются.

Устойчивость окраски. Устойчивость окраски зависит от

структуры и свойств красителя и волокна, и прежде всего от

энергии связей, возникающих между ними, поэтому при выборе

красителя для крашения тех или иных изделий необходимо при-

нимать во внимание не только колористические свойства класса,

к которому краситель принадлежит, но и его способность обеспе-

чить требуемую устойчивость окраски.

Требования, предъявляемые к устойчивости окраски, зависят

от назначения изделий и условий их эксплуатации. Например,

окраска полотен, предназначенных для изготовления верхних

трикотажных изделий, должна быть прежде всего устойчивой

к свету, к трению, глаженью, к химической чистке. Полотна,

предназначенные для белья, должны быть устойчивы прежде

всего к стирке и к поту, а к свету не обязательно.

Для оценки устойчивости окрасок к различным воздействиям

существуют стандартные методы испытаний. Устойчивость ок-

раски оценивается в балльной системе: восьмибалльная для све-

та — низший балл) и пятибалльная для мокрых обработок

(стирка, пот и т. д.).

.Оценка устойчивости обычно дается в виде двух-трех цифр.

Например, устойчивость к стирке выражается 4/3, где первая

цифра показывает степень изменения окраски после испытания

самого образца, а вторая — степень закрашивания белого образ-

ца, вместе с которым он проходил испытание.

^ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ КРАШЕНИЯ ТРИКОТАЖНЫХ ПОЛОТЕН

Крашений текстильных материалов может осуществляться на

различных этапах переработки волокнистых материалов: в виде

волокна, ленты, жгута, пряжи, штучных изделий и трикотажных

полотен. Поэтому конструкция машин и аппаратов, в которых

проводится крашение, в первую очередь определяется видом

текстильного материала. В данном разделе будет рассмотрено

только оборудование для крашения трикотажных полотен.

В трикотажной промышленности до сих пор преобладает

оборудование периодического действия. Это объясняется особен-

ностями структуры трикотажных полотен и прежде всего их вы-

сокой растяжимостью в поперечном и продольном направлении,

сильной закручиваемостью кромок или отсутствием таковых и

в связи с этим трудностью получения ровной окраски по всей

ширине полотна. Кроме того, высокопроизводительные линии

не позволяют получить большого разнообразия расцветок.

Основными требованиями, предъявляемыми к оборудованию

для крашения трикотажных полотен, являются обеспечение рав-

номерного прокрашивания полотна, отсутствие натяжения и

сильных механических воздействий во избежание деформации

полотен и образования заломов и заминов, особенно при краше-

нии полотен из термопластичных волокон при температурах выше

100 °С. Поэтому оборудование должно быть оснащено регулято-

рами скоростей и частоты вращения отдельных рабочих органов,

контрольно-измерительной аппаратурой, системами для програм-

много управления технологическими процессами, дистанционным'

автоматическим управлением. Особое внимание необходимо об-'

ращать на регулирование температуры при крашении полотен

из термопластичных материалов, особенно склонных к образова-

нию заломов и заминов, возникновению муаристости и другим

дефектам. Опасность образования заломов и заминов можно

снизить, если в процессе крашения повышать температуру со

скоростью

°С/мин, а охлаждать со скоростью, не превыша-

ющей 2 °С.

Большое значение в трикотажной промышленности имеет и

унификация оборудования, что позволяет проводить различные

технологические операции (отваривание, беление, крашение)

на одном и том же оборудовании. Определенные требования

предъявляются и в плане приобретающих все большую остроту

экологических проблем. Это снижение расхода воды, уменьше-

ние энергозатрат, сокращение сброса сильно загрязненных сточ-

ных вод, возможность повторного использования остаточных

красильных ванн.

Одним из наиболее распространенных видов оборудования,

применяемого для крашения кругловязаных трикотажных поло-

тен, являются красильно-промывные машины (о которых уже

говорилось в п. 2.3). Красильно-промывная машина может быть

использована для крашения трикотажных полотен практически

всех типов из различных видов волокон. Но наиболее целесооб-

разно ее использовать для крашения хлопчатобумажных, хлоп-

ковискозных, полушерстяных и из смеси хлопка и шерсти с син-

тетическими волокнами трикотажных полотен. На этой машине

одновременно с крашением могут проводиться операции отва-

ривания, беления и аппретирования.

Широкое внедрение в трикотажную промышленность синтети-

ческих волокон, плохо окрашивающихся в обычных условиях

и обладающих термопластичностью, что при крашении в жгуте

приводит к образованию заломов, заминов, муаристости, силь-

ному вытягиванию, снижению объемности у пoлoteн из текстури-

Рис. 16. Эжекторное

сопло

Рис. 17. Эжекторная

машина котлового типа

рованных нитей, обусловило необходимость создания принци-

пиально нового по конструкции красильно-отделочного оборудо-

вания. Наиболее распространенным и получившим наибольшее

развитие явилось оборудование двух типов: высокотемператур-

ные барки соплового типа (эжекторные машины) и аппараты

для крашения в навоях.

Эжекторные машины. Общим для эжекторных машин всех

конструкций является то, ,что перемещение жгута в машинах в

процессе обработки происходит с помощью потока циркулиру-

ющего красильного раствора. Перед обычными жгутовыми

машинами (МКП) они имеют следующие преимущества:

сокращается время обработки в результате интенсивного кон-

такта жгута с красильным раствором;

благодаря тому, что полотно находится почти постоянно

в потоке жидкости, оно значительно меньше вытягивается;

снижается возможность образования заломов и заминов из-

за высокой скорости перемещения полотна и из-за того, что

турбулентные потоки, возникающие при прохождении красиль-

ного раствора через трубу или сопло, способствуют изменению

положения складок в жгуте (рис. 16);

крашение можно проводить под давлением при температуре

до 140 °С, что позволяет окрашивать полотна из полиэфира и

других синтетических волокон;

малый модуль крашения по сравнению с барками --1:8 —

1 : 10 (модулем называется отношение массы окрашиваемого

материала к массе красильного раствора).

Из большого количества конструкций этих машин можно вы-

делить машины котлового (рис. 17) и трубного (рис. 18) типа.

Рис. 18. Эжекторная ма-

шина трубного типа

Каждая из этих конструкций имеет свои достоинства и недос-

татки. В последние годы наметилась тенденция к преобладающе-

му выпуску машин котлового типа с поперечной проводкой жгута

и неполным заполнением красильной ванны раствором. К этому

типу относятся выпускаемые в СССР машины ЭК-140-4 и

ЭКЛ-100, машина «Софт-Стрим» фирмы «Тис» (ФРГ) и др.

Преимуществами машин этого типа перед машинами трубного

типа являются низкий модуль красильной ванны, который можно

регулировать, большая загрузка и меньший расход пара, воды,

химических материалов, удобство в обслуживании и ремонте.

В то же время в машинах трубного типа, в которых полотно

полностью погружено в раствор, меньше деформация и вытяги-

вание полотна, нет пенообразования, вызывающего серьезные

осложнения при крашении и требующего введения антивспенива-

телей. Пенообразование, характерное для машин котлового типа,

особенно заметно на ранних стадиях крашения или во время ох-

лаждения и снятия давления в машине. Образование пены при-i

водит к скольжению полотна на транспортирующих валиках

и оказывает отрицательное влияние на работу насоса, что ведет

к запутыванию жгутов полотна и останову машины.

Машина котлового типа (см. рис. 17) включает в себя следу-

ющие узлы: красильный бак с накопителем 3, приготовительный

бак для приготовления растворов красителей, циркуляционный

насос 1 и теплообменник 2.

Полотно в виде жгута заправляется в красильный бак, запол-

ненный теплой или холодной водой до определенного уровня,

контролируемого специальным датчиком. Далее жгут направ-

ляется на ролик транспортирующей головки, а с него — в эжек-

торное сопло, где подхватывается потоком жидкости, подаваемой

циркуляционным насосом, и по транспортирующей трубе через

отверстие отражательного щитка поступает в накопитель. Ввод

химических материалов в красильный бак производится с по-

мощью подпиточного насоса по заданной программе. Начальная

температура раствора 30—40°С. Скорость повышения темпера-

туры автоматически регулируется.

в машину ЭК-140-4 загружают четыре жгута, загрузка

в каждый накопитель до 90 кг. Модуль крашения может изме-

няться в широких пределах — от 1:8 до 1:15. Максимальная

температура крашения 140°С, давление пара 0,4 мПа. Макси-

мальная скорость движения полотна 400 м/мин. Удельный рас-

ход пара 400 кг/100 кг полотна, воды 10 м^/100 кг полотна,

норма обслуживания 1 : 1 (один человек обслуживает одну ма-

шину).

Аппараты для крашения полотна в навое. Эти аппараты вы-

пускаются многими фирмами. Наиболее известны и хорошо себя

зарекомендовали на предприятиях СССР аппараты фирм «Брюк-

нер» (ФРГ), «Шолл» (Швейцария), «Калебо-де-Блик» (Бель-

,гия), «Хисака» (Япония).

В СССР аппараты навойного типа выпускаются Костром-

ским заводом красильно-отделочного оборудования в двух моди-

фикациях: АК-220 Т и АК-320. Аппарат последней модификации

предназначен для отделки гардинно-тюлевых полотен и кружев.

Аппараты навойного типа применяют для крашения и отвари-

вания при температуре до 100 °С при нормальном давлении и до

130 °С при повышенном давлении. Эти аппараты обеспечивают хо-

рошую сохранность полотна (так как полотна красятся в рас-

правленном состоянии), исключают образование заломов и зами-

нов (при условии правильной намотки), обеспечивают получение

окраски средних и темных тонов при минимальном расходе кра-

сителей и хорошее проникание красителя в волокно, обусловли-

вающее прочность окраски.

Перед крашением полотно на накатной машине, которая

обычно выпускается в комплекте с аппаратом навойного типа,

наматывается на перфорированный барабан 1 (рис. 19). Барабан

помещают в автоклав 2, герметично закрывают крышкой и вклю-

чают циркуляционный насос 3. Направление циркуляции может

изменяться от центра к периферии и от периферии к центру, что

обеспечивает равномерное прокрашивание всех слоев навоя по-

лотна.

Рис. 19. Аппарат АК-

220Т навойного типа для

крашения основовязаных

и кругловязаных разре-

занных трикотажных по-

лотен

в процессе циркуляции красильный раствор проходит тепло-

обменник 6, где происходит нагревание или охлаждение раство-

ра с заданной скоростью. Аппарат оборудован двумя баками:

резервным 5 вместимостью 3000 л и циркуляционным 4 вмести-

мостью 800 л. Модуль ванны 1 : 14. Ширина обрабатываемых

полотен 900—2200 мм, загрузка полотна 150—200 кг, удельный

расход пара 115 кг/ЮО кг полотна, воды—1,7 м^/100 кг по-

лотна.

Качество полотен, окрашенных в этих аппаратах, в аначи-

тельной степени зависит от качества намотки. Полотно должно

быть намотано равномерно с одинаковой плотностью по всей

толщине навоя, без складок. Необходимо контролировать поло-

жение кромок: они должны точно совмещаться. Если полотно

намотано слишком слаб,о и провисает, поток красильного раство-

ра будет неравномерным, а если намотка слишком плотная, он

будет слишком медленным. Для предотвращения усадки в про-

цессе крашения полотно из термопластичных волокон перед кра-

шением обычно подвергают термостабилизации.

В комплекте с аппаратом для крашения выпускают накатные

и раскатные машины. В ряде случаев раскатку можно проводить

непосредственно в сушильно-ширильно-стабилизационной ма-

шине. В СССР в комплекте с аппаратом АК-220 Т выпускаются

накатная машина НКН-240 Т и раскатная РКН-240 Т.

Машины навойного типа уже давно успешно применяются

для трикотажных полотен гладких хпереплетений. При использо-

вании этих машин для обработки полотен из текстурированных

нитей с рельефным переплетением наблюдалось изменение физи-

ческих свойств и внешнего вида полотен — расплющивание и по-

теря рельефности. Эти отрицательные эффекты могут быть зна-

чительно уменьшены, если в красильную ванну подавать сжатый

воздух (давление 700—800 кПа) в виде тонких струй через спе-

циальные форсунки. Форсунки обеспечивают подачу воздуха та-

ким образом, что в растворе образуются маленькие воздушные

пузырьки, диаметр которых соизмерим с размерами пор обраба-

тываемого трикотажного полотна.

Расширение ассортимента трикотажных полотен с рельефной

структурой переплетения, полотен облегченных структур и поло-

тен плюшевых переплетений с последующей отделкой под бар-

хат, обладающих повышенной чувствительностью к деформа-

циям, потребовало от проектировщиков создания нового обору-

дования, обеспечивающего обработку полотен в, щадящих усло-

виях, при минимальном или полном отсутствии каких-либо меха-

нических воздействий.

К такому оборудованию можно отнести новое поколение.

эжекторных машин — красильные машины переливного типа,

в которых жгут вводится в переливную трубу с помощью неболь-

шого приводного барабана и проходит через трубу под действием,

собственной силы тяжести и вытекающей жидкости. Далее полот-:

но проходит через основную красиль^ную ванну, заполненную кра-|

сильным раствором, и снова с помощью транспортирующего"

барабана подается в воронку переливной трубы. Частота враще-

ния барабана должна соответствовать количеству перекачивае-

мого через трубу раствора (скорости потока).

Машины моделей «Овер-Флоу HTOF-83» и «Софт-Флоу |

SF-82» выпускаются фирмой MCS (Италия), а моделей «Софт- |

CTpHjH-S-IV 140/3» и др. —фирмой «Тис» (ФРГ).

В последние годы все более широко начинают внедряться |

непрерывные и полунепрерывные способы крашения. Внедрение

поточных линий для крашения трикотажных полотен позволяет

значительно повысить производительность труда, снизить энерго-

затраты и расход воды. Само крашение трикотажных полотен

по непрерывному способу очень мало отличается от крашения

тканей, для которых линии непрерывного крашения уже давно 1

получили широкое распространение. Основными трудностями

при создании линий для крашения трикотажных полотен явля-

ются обеспечение проводки полотна через машину без натяжения

во избежание деформации полотна, обеспечение равномерного

отжима, особенно при обработке кругловязаного неразрезанного

трикотажного полотна, необходимость расправления кромок.

Среди линий, созданных за последнее время для крашения

трикотажных полотен непрерывным способом, следует назвать

линию «Колоретта» фирмы «Омец» (Италия), «Турбоколор» фир-

мы «Брюкнер» (ФРГ), универсальную красильную линию фирмы

«Кляйневеферс» (ФРГ).

Линия «Турбоколор» предназначена для крашения неразре- i

занного кругловязаного полотна плюсовочно-запарным спосо-

бом. На линии может быть осуществлен двухфазный способ кра-

шения, при котором полотно сначала пропитывается раствором

красителя, а затем, перед входом в запарную камеру, — раст-

ворами текстильно-вспомогательных веществ, необходимых для

проявления или фиксации красителя. После пропитки полотно

подвергается запариванию для диффузии и фиксации красителя

и промывается. Скорость движения полотна до 30 м/мин.

Однако применение непрерывных способов крашения эконо-

мически выгодно только при выпуске больших партий полотна

одного цвета. .

Большой интерес представляет плюсовочно-накатный способ

крашения трикотажных полотен (о котором будет сказано в

п. 3.4). Способ экономичен, позволяет выпускать небольшие пар-

тии полотна. Оборудование для крашения по плюсовочно-накат-

ному способу трикотажных полотен выпускается фирмой «Ява-

текс» (Швейцария).

3.3. ПРЯМЫЕ КРАСИТЕЛИ

Прямые красители являются натриевыми солями органических

сульфокислот. Прямые красители представлены широкой гаммой

цветов и оттенков, отличаются простотой применения, относи- ^В^'^

тельно низкой стоимостью, доступностью, поэтому, несмотря на'

низкую устойчивость окраски к мокрым обработкам, а иногда

к свету, нашли широкое применение в трикотажной промышлен-

ности.

/-^Эти. красители называют прямыми (или субстантивными)

; потому, что они обладают способностью непосредственно (без

каких-либо протрав) окрашивать различные волокнистые мате-

риалы: целлюлозные волокна (хлопок и гидратцеллюлозные),

белковые (шерсть, шелк), полиамидные. Однако наиболее Широ-

кое применение они нашли в крашении целлюлозных волокон,

! натурального шелка и иногда капрона (для крашения в темные

цвета).

В качестве примера можно привести формулу простейшего

представителя красителей этого класса — конго красного

NH, NH,

SOjNa SOjNa .

Субстантивность прямых красителей обусловлена наличием

в структуре молекулы длинной цепочки двойных связей, череду-

ющихся с одинарными, и плоскостным строением.

Прямые красители фиксируются водородными связями и си-

лами Ван-дер-Ваальса, однако, несмотря на то, что эти силы до-

вольно слабые, в сумме они дают значительную энергию взаимо-

действия, поэтому окраска имеет определенную устойчивость.

Правда, при возникновении определенных условий, например при

появлении в системе «краситель — волокно» такого полярного

вещества, как вода, особенно при нагревании, происходит их

разрыв и десорбция красителя. Этим и объясняется невысокая

устойчивость окраски к мокрым обработкам и переход красителя

на белый образец в процессе испытания устойчивости окраски

к мокрым обработкам или переход красителя в раствор в про-

цессе стирки.

Характерной особенностью прямых красителей, так же как

и многих других растворимых красителей, является наличие в

молекуле красителя сульфогрупп —SOsNa, которые обеспечива-

ют растворимость красителя в воде и при этом диссоциируют

на окрашенный анион красителя и катион натрия

Кр—SOaNa « Кр SOr + Na+,

где Кр—SOsNa — формула красителя в общем виде; Кр — хромофорная часть

молекулы красителя. >1

Число сульфогрупп могет быть различным. Увеличение числа |

этих групп способствует повышению растворимости, снижает |

склонность молекул красителя к ассоциации (объединению в

крупные агрегаты), но в то же время уменьшает сорбционную !

способность красителя. J

При растворении в воде прямые красители образуют слож- i

ные полидисперсные коллоидные системы, которые содержат }

ионы, неионизированные молекулы и крупные агрегаты ионов и 5

молекул. Образование агрегатбв обусловлено межмолекулярным i

взаимодействием. Внутрь волокна могут проникать только ионы J

I и молекулы красителя, так как диффузия через субмикроскопи- |

L ческие поры волокна, средний размер которых у целлюлозы сое- j

I тавляет всего (20—30)10"'° м (у набухшего волокна), доступна •

S лишь для ионов и молекул красителя, поэтому степень агрегации \

I является важным фактором, влияюшим на процесс крашения j

< прямыми красителями. t

В процессе крашения молекулы и ионы красителя адсорби-

руются на поверхности волокна, диффундируют внутрь волокна,

а затем фиксируются посредством водородных связей и сил Ван-

дер-Ваальса. По мере убывания из раствора молекул и ионов

равновесие в растворе между агрегированной частью красителя

и его молекулярно диспергированной частью нарушается, агрега-

^ ты распадаются и в растворе наступает новое равновесие. Одна-

ко если в растворе созданы такие условия, что агрегаты не могут

распадаться, то крашение резко замедляется. Степень агрегации ^

, зависит от многих факторов: строения самого красителя, его

концентрации в красильной ванне, температуры раствора, нали-

чия или отсутствия электролита, типа электролита и его концент-

- рации.

1 Влияние различных факторов на процесс крашения. Темпера-

тура. С повышением температуры скорость крашения увеличи-

'К вается вследствие уменьшения степени агрегации красителя и

р повышения скорости диффузии красителя в целлюлозное волокно

i благодаря увеличению кинетической энергии молекул, увеличе-

1 нию набухания волокна и, как следствие, увеличению размера

пор. Однако после достижения определенной температуры коли-

i чество красителя, поглош,енного при крашении до равновесия,

I уменьшается. Оптимальная температура зависит от строения.

I красителя и колеблется в довольно широком интервале. Для

большинства красителей этот интервал 60—80 °С. Это объясняет-

ся тем, что вследствие значительного повышения кинетической

энергии колебания молекул увеличиваются и такие слабые связи,

как водородные и силы Ван-дер-Ваальса, не способны удержать

в этих условиях молекулу красителя, и начинается десорбция