Ковтун Л.Г. Химическая технология отделки трикотажных изделий

Подождите немного. Документ загружается.

в трикотажной промышленности в ряде случаев для беления при-

меняют восстановители, например дитионит натрия N328204, гид-

росульфит натрия ЫаНеОз и др.. Наиболее широкое распростра-

нение получил дитионит натрия. В растворе при нагревании ди-

тионит разлагается с выделением атомарного водорода, который,

собственно, и разрушает красящие вещества путем их восстанов-

ления:

N328204 -I- 2Н202NaHS03 -f 2Н f.

Однако следует отметить, что эффект беления, полученный с

помощью восстановителей, неустойчив. Это связано с возможно-

стью окисления кислородом воздуха восстановленных продуктов.

Восстановители в основном используют для беления волокнистых

материалов, неустойчивых к действию окислителей, например по-

лотен и изделий иа полиамидного волокна.

Обработку полотен и изделий проводят периодическим спо-

собом при температуре 60—80 °С в течение 30—60 мин. Концен-

трация дитионита натрия 1—2 г/л.

Применение оптически отбеливающих веществ. В основе про-

цессов беления, описанных выше, лежит разрушение природных

красящих веществ, сопутствующих природным волокнам, или ок-

рашенных веществ, попадающих на текстильные материалы в

процессе крутки, маркировки и т. д. Однако при внимательном

рассмотрении можно заметить, что даже отбеленные материалы

имеют слегка желтоватый оттенок.

Для повышения белизны трикотажных полотен и изделий,

предварительно отбеленных с помощью окислителей или восста-

новителей, их обрабатывают оптически отбеливающими вещест-

вами (ООВ). Иногда эту обработку совмещают с отвариванием

или белением окислителями.

Оптическое беление основано на изменении спектра лучей,

отражаемых освещенной поверхностью волокна. Оптически от-

беливающие вещества — сложные органические соединения, спо-

собные поглощать ультрафиолетовые лучи с длиной волны 335—

375 нм и преобразовывать их в видимые лучи с длиной волны

400—450 нм в области синих и фиолетовых лучей. Молекулы

ООВ при поглощении квантов падающего на текстильный ма-

териал света ультрафиолетовой части солнечного спектра пере-

ходят в возбужденное состояние. При этом электроны оказыва-

ются на более высоком энергетическом уровне. При возвращении

молекулы в нормальное состояние,, или, иначе говоря, на нор-

мальный энергетический уровень она излучает квант света. Из-

лучаемый квант имеет меньшую энергию и, следовательно, боль-

шую длину волны, чем кванты поглощенного света, так как часть

энергии теряется на безизлучательные процессы (например, на

тепловое колебательное движение)

^100

OOB*

OOB'

OOB,

где hvy — кванты поглощенного и излу-

ченного света, при этом Vn>Vu; * возбуж-

денное состояние.

100

500

600 700

Л, нн

Рис. 3. Спектрофотометриче

ские кривые отражения

На рис. 3. приведены спектры

отражения эталона, которым служит

пластинка из оксида бария или ок-

сида магния ("/), отбеленного хлоп-

чатобумажного полотна (5) и полот-

на, обработанного после беления оп-

тически отбеливающими вещества-

ми (2). Отбеленное полотно имеет легкий желтоватый оттенок,

а оптически отбеленное полотно имеет максимум отражения в си-

ней и голубой области спектра. Смешение желтых и голубых

лучей приводит к тому, что поверхность полотна кажется идеаль-

но белой, увеличивается яркость. Поэтому оптическими отбелива-

телями обрабатывают не только изделия, выпускаемые в белом

виде, но и окращенные в нежные светлые тона.

Выпускается широкий ассортимент оптически отбеливающих

веществ для волокон различного химического строения под раз-

личными торговыми названиями: белофоры (СССР), рилюксы

(ЧССР) и др. Содержание их на волокне не должно превышать

0,2-0,3%.

2,3. ПОДГОТОВКА ХЛОПЧАТОБУМАЖНЫХ ТРИКОТАЖНЫХ ПОЛОТЕН

Прежде чем выбрать способ подготовки хлопчатобумажных по-

лотен к крашению и печатанию, необходимо изучить природу

сопутствующих веществ, которые содержатся в суровом трико-

тажном полотне. Эти вещества делятся на два типа: природные

сопутствующие целлюлозе вещества и вещества, наносимые на

волокно в процессе переработки хлопка. Наибольшие трудности

возникают при удалении природных веществ.

Сопутствующие целлюлозе вещества образуются в процессе

роста хлопчатника. По своему химическому строению они пред-

ставляют собой достаточно сложные вещества и изучены мало.

Располагаясь преимущественно на поверхности волокна и в его

первичной стенке, эти вещества придают ему коричневатый или

зеленоватый оттенок, препятствуют его смачиванию, а значит,

нормальному протеканию процессов крашения, печатания и от-

делки трикотажных полотен. Ниже приводятся характеристика

основных сопутствующих целлюлозе веществ и способы их уда-

ления.

Пектиновые вещества — смесь полисахаридов и низкомолеку-

лярных фракций целлюлозы. Пектиновые вещества в больщин-

стве своем располагаются в первичной стенке целлюлозного во-

локна и могут быть удалены кипячением в разбавленных раство-

рах щелочей, под действием которых они гидролизуются и пере-

ходят в низкомолекулярные соединения, растворимые в воде.

Азотсодержащие вещества — смесь продуктов белкового

(приблизительно 60 %) и небелкового происхождения. В хлопко-

вом волокне они в основном сосредоточены в его канале в виде

остатков протоплазмы. Небелковые вещества представляют со-

бой соли азотной и азотистой кислот, растворимые в воде. Их

можно удалить из волокна путем обработки в горячей воде. Ве-

щества белкового происхождения могут быть удалены только

после их разрушения, например в растворах щелочей или хлор-

содержащих окислителей.

Воскообразные вещества — смесь высщих углеводородов, од-

ноатомных высщих жирных спиртов, их эфиров и жирных кислот,

нерастворимая в воде. Углеводороды, высшие жирные спирты и

их эфиры могут быть удалены экстрагированием органическими

растворителями или путем эмульгирования в растворах ПАВ.

Что касается жирных кислот, то в щелочных растворах они

омыляются и переходят в растворимые в-воде|Мыла.

Зольные вещества — вещества, в состав которых входят ми-

неральные соединения, главным образом соли и оксиды магния, f

кальция, железа, алюминия и т.д. Одни из них сравнительно

легко вымываются в процессе обработки полотен горячей водой,

другие удалить очень трудно, так как они представляют собой

нерастворимые соли и связаны с целлюлозой достаточно прочно.

Красящие вещества, содержащиеся в хлопке, придают ему ко-

ричневый, кремовый или серовато-зеленый цвет, имеют сложное

строение и мало изучены. Для удаления их следует разрушить до

веществ, не имеющих окраски. Этого добиваются с помощью

окислителей или восстановителей (чаще окислителей).

Вещества, наносимые в процессе переработки волокон, —

замасливатели — или растворимы в воде, или легко удаляются

с помощью ПАВ.

Как уже говорилось ранее, большинство сопутствующих ве-

ществ и эамасливателей удаляется в процессе отваривания.

Условия отваривания хлопчатобумажных трикотажных полотен

выбирают в зависимости от назначения и характера последую-

щих обработок.

Если требуется придать полотнам и изделиям высокую ка-

пиллярность (например, бельевой трикотаж), отваривание прово- ^^^

дят в щелочной среде при температуре кипения.<^ожно также

после пропитки варочным раствором (в случае нелр_ерывного

способа подготовки) запарить полотна в запарной камере при

температуре 100—102 °С. Варочный раствор должен содержать

щелочь, силикат натрия, гидросульфит натрия и поверхностно-

активное вещество, концентрация которых варьируется в зависи-

мости от способа подготовки, вида изделий и типа оборудования,

на котором осуществляется операция отваривания.

Основная роль в удалении естественных сопутствующих цел-

люлозе веществ принадлежит гидроксиду натрия NaOH. Под

действием щелочи гидролизуются и переходят в низкомолекуляр-

ные растворимые в воде соединения пектиновые и азотсодержа-

щие вещества. Жирные кислоты, входящие в состав природных

воскообразных веществ и замасливателей, под действием щелочи

омыляются и образуют растворимые 1в воде мыла:

СаНэзСООН + NaOH • С.тНззСООЫа-f Н2О.

Кроме того, в щелочной среде облегчается удаление некото-

рых минеральных веществ.

Силикат натрия МагЗЮз-пНгО выполняет роль защитного

коллоида. В водной среде при повышенной температуре силйкат

натрия гидролизуется, образуя коллоидные растворы кремниевой

кислоты. Коллоидные частицы, обладая развитой поверхностью,

адсорбируют низкомолекулярные вещества — продукты распада

спутников целлюлозы и загрязнения, устраняя тем самым воз-

можность их ^ратного осаждения на волокно. Крх)ме того, крем-

ниевая кислота связывает ионы тяжелых металлов (например,

железа), соли и оксиды которых способны оседать на волокне

с образованием ржавЫх пятен и оказывать каталитическое дей-

ствие на окислители, применяющиеся при последующем белении.

Ранее уже говорилось, что под действием кислорода могут

происходить образование оксицеллюлозы и ее деструкция. Осо^

бенно сильно окисляющее действие кислорода проявляется в ще-

лочйой среде. При отваривании в щелочной среде создаются

условия, при которых может образоваться оксицеллюлоза под

действием кислорода воздуха, содержащегося в микропустотах и

в канале волокна, растворенного в варочной жидкости или прос-

то захватываемого из воздуха при циркуляции варочной жидко-

сти или при перемещении полотна. Для предотвращения окисле-

ния в раствор добавляют с;1абый вбсстановитель, например

гидросульфит натрия NaHSOs, сульфит натрия NaaSOs, а при

непрерывных способах, когда процесс отваривания идет в паро-

вой среде, дитионит натрия Na2S204. Эти вещества взаимодей-

ствуют с кислородом, окисляясь соответственно до сульфата или

гидросульфата:

2NaHS03-f02 .2NaHS0,. г.

Кроме того, в варочный раствор вводят ПАВ, обладающие

свойствами смачивателей и эмульгаторов и устойчивые к дейст-

вию щелочной среды.

Если далее полотно будет окрашено в темные тона и по усло-

виям эксплуатации не потребует высокой капиллярности, отва-

ривание проводят в слабощелочной среде в растворах, содержа^

щих ПАВ и соду. Обычно этот процесс называют замачиванием^

После отваривания следует беление. Для беления хлопчато-

бумажных полотен могут быть использованы всё перечисленные

выше отбеливающие вещества. Но наиболее часто для беления

трикотажных полотен применяют щелочно-пероксидный способ

беления.

^/Втрикотажной промы-шленности отваривание выделяют в са-

мостоятельную операцию только* при обработке сильно загряз-

ненных полотен. В большинстве случаев отваривание и беление

совмещают. Совмещение операций позво^1яет повысить произво-

дительность труда, увеличить съем готовой продукции с единицы

площади и снизить продолжительность обработки на 30—40 мин.

Снижается также расход воды, пара и электроэнергии, уменьша-

ется объем сильно загрязненных сточных вод. Применение перо-

ксида водорода для беления позволяет совместить не только

отваривание и беление, но и крашение при условии использова-

ния красителей, устойчивых к пероксиду водорода)

В процессах подготовки трикотажных полотен и изделий пре-

oбJ|Iaдaют периодические способы. Одним из наиболее распро-

страненных видов оборудования, применяемого для отделки три-

котажных полбтен, является жгутовая барка. На трикотажных

предприятиях установлены жгутовые барки МКП-1 (машина

красильно-промывная), МКП-1С. Жгутовые барки просты по

конструкции и удобны в эксплуатации. Наряду с процессами

подготовки в них можно проводить весь комплекс технологиче-

ских операций, которым обычно

подвергаются трикотажные по-

лотна в отделочном производстве:

отваривание, размасливание, бе-

ление, крашение, промывку напе-

чатанных полотей, аппретирова-

ние. Полотно обрабатывается в

виде свободного жгута, что сни-

жает До минимума его вытягива-

ние в процессе обработки.

Жгутовая барка МКП-1 сос-

тоит из ванны 1 (рис. 4), разде-

ленной перфорированной перего-

родкой 2 на две неравные части.

В большей части, заполненной

рабочим раствором, осуществля-

ется обработка трикотажного по-

лотна, а в меньшей расположены

Рис. 4. Жгутовая красильно-про-

мывная машина МКП-1

трубы, подающие пар для нагревания растворов. В эту же

часть подаются растворы химических материалов и красителей.

ПерфЬрированная перегородка предохраняет полотно от попада-

ния на него концентрированных питающих растворов.

Жгуты полотна перемещаются с помощью эллиптического

барабана 5. Благодаря его форме полотно укладывается на дно

ванны в виде складок. Днище ванны 7 имеет некоторый наклон,,

что позволяет полотну постепенно сползать и не образовывать

завалов. В машину обычно загружается 150—170 кг полотна,

или 10—15 кусков. Каждый кусок полотна образует жгут, кото-

рый проходит разделительную решетку, направляющий ролик 4,

эллиптический барабан и падает на дно ванны. Жгуты отделены

друг от друга пальцами разделительной решетки 3. Начало и

конец куска сшиты, так что полотно непрерывно перемещается со

скоростью 56 и 78 м/мин. Для облегчения выгрузки машина

оборудована выборочным барабаном 6.

Кроме обычной, кольцевой, заправки может быть осуществле-

на спиральная заправка, для чего на боковых стенках машины

закреплены специальные ролики. При спиральной заправке ма-

шины можно агрегировать. Для интенсивной циркуляции раство-

ров и обеспечения тем самым равномерной обработки трикотаж-

ного полотна растворами текстильно-вспомогательных веществ и

красителей машина оборудована циркуляционныл^ насосом. На

боковых стенках машины расположены переливные карманы для

слива верхнего слоя промывных растворов, содержащего боль-

шое количество жиров и масел, которые удаляются с полотна в

ссе отваривания и размасливания.

мировой практике все шире используют непрерывные спосо-

1ления текстильных материалов, в том числе трикотажных

полотен. Но внедрение линий для беления в трикотажной про-

мышленности идет относительно медленно, так как установка

оборудования непрерывного действия экономически целесообраз-

на только на предприятиях, выпускающих большое количество

отбеленного полотна или полотна, предназначенного для бело-

зел^ьной печати (когда фон остается белым).

/Для беления по непрерывному способу выпу^скдетсй^оборудо-

ватШе двух типов: дл5Т обработки полотна жгутом н^ъ^шщаъ^.

Первый тип оборудования прёдстаШён «Кляй-

невеферс» и «Брюкнер» (ФРГ).

Линия «Колорадо» фирмы «Брюкнер» (ФРГ) предназначена

для двустадийного беления сначала гйпохлоритом натрия, а за-

тем пероксидом водорода кругловязаного трикотажного полотна.

Полотно пропитывается гипохлоритом натрия в пропиточной ма-

шине 3 (рис. 5), отжимается отжимными валами и направляется

в джей-бокс, где вылеживается в течение 30 мин при температуре

25—30 °С. Далее полотно промывается в промывной машине 2

1 1

ill! 11

1 i 1

1 1

Г7ГТ-

1 1

111=1 с=

1 I

III

11!

-г

гп

гг)

LU L

Рис. 5. Отбельная линия «Колорадо» ^

И поступает в машину 1, состоящую из десяти сапожковых ка-

мер. В первых пяти осуществляется обработка раствором для

беления пероксидом водорода. Загрузка в каждую из камер 50 кг

полотна, температура обработки 90°С. В последующих пяти ка-

мерах осуществляется промывка сначала горячей, затем теплой

и, наконец, холодной водой. Конструкция джей-бокса и сапожко-

вых камер позволяет укладывать и транспортировать полотно

таким образом, что при обработке не образуется завалов и пото-

му вытягивание полотна минимально. Нижняя часть сапожковых

камер заполнена раствором, что способствует интенсивной обра-

ботке отбеливающими препаратами и хорошему отвариванию.

Линия имеет относительно небольшой габарит.

Второй тип линий — для беления полотна в расправленном

виде — представлен отечественной линией ЛБ-220Т и линией

фирмы «Фляйснер» (ФРГ), аналогичными друг другу по кон-

Рис. 6. Отбельная линия ЛБ-220Т

Рис. 7. Промывная и про-

питочная машина отбель-

ной линии ЛБ-220Т

струкции. Линия ЛБ-220Т (рис. 6) пред-

назначена для беления кругловязаного

хлопчатобумажного полотна, а также

кругловязаных полотен из смеси хлопка

и вискозного волокна с полиэфирным и

другими волокнами. Линия состоит из

заправочного устройства 1, пропиточной

машины для обработки полотна белящим

раствором 2, запарной камеры с ленточ-

ным конвейером 3, промывных машин с

сетчатыми барабанами 4 и сушильной

машины 6. Во время запаривания, про-

должительность которого 20—30 мин в

зависимости от скорости движения полот-

на, полотно транспортируется уложенным складками.

Для предотвраш,ения выхода пара в атмосферу цеха на входе

полотна в запарную камеру установлен шлюз, а на выходе —

водяной затвор. Конструкция пропиточной и промывных машин

обеспечивает интенсивную промывку и исключает возможность

вытягивания полотна. Это достигается благодаря просасыванию

раствора через полотно и перфорацию барабана, к которому оно

прижато потоком жидкости (рис. 7). Число промывных секций

может быть различно, но чаще оно бывает равным четырем.

В трех из них осуществляется промывка, а четвертую исполь-

зуют для аппретирования. Между промывными машинами уста-

новлены отжимные валы 5 (см. рис. 6). Одновременно в линию

можно заправить два-три полотна в зависимости от их ширины.

На этой линии достигаются высокое качество обработки, хоро-

ший гриф, мягкость. Полотно вытягивается значительно Меньше,

чем при обработке жгутом, снижается вероятность образования

заломов и заминов.

В основу технологии обработки на линиях с сетчатыми бара-

банами, в частности ЛБ-220Т, положен одностадийный способ,

когда беление и отваривание совмещены в одну операцию. Обра-

ботку проводят по следующему режиму.

1. Пропитывание полотна белящим раствором, содержащим

30 г/л 33 %-го раствора пероксида водорода, 25 г/л метасиликата

натрия, 16 г/л гидроксида натрия NaOH, 4 г/л смачивателя,

1 г/л ООВ. Температура раствора 40 °С.

2. Отжим до содержания влаги в полотне 120—150%.

3. Запаривание в течение 20—30 мин при температуре 100 °С.

4. Промывка, аппретирование.

5. Сушка. /

Использование одностадийного непрерывного способа беления

позволяет сократить затрать! тепла, электроэнергии, повысить

производительность труда, увеличить съем готовой продукции

с единицы площади, уменьшить объем сточных вод. Однако при

реализации непрерывного способа беления возникает ряд трудно-

стей, связанных со сложностью получения высокой степени бе-

лизны при обработке полотен, изготовленных из хлопкового во-

локна низкого качества, содержащего большое количество остат-

ков коробочек и других загрязнений. Кроме того, высокая концен-

трация химических реагентов, необходимая для полного удаления

сопутствующих веществ и получения высокой степени белизны,

может привести к потере прочности волокна вследствие окисли-

тельной деструкции.

2.4. МЕРСЕРИЗАЦИЯ

Мерсеризацией называют процесс обработки целлюлозных мате-

риалов концентрированными растворами щелочей с последующей

промывкой для удаления щелочи. В результате мерсеризации

хлопчатобумажные изделия приобретают шелковистость, элас-

тичность, способность к интенсивному окрашиванию, повы-

шенную гигроскопичность. После мерсеризации под натяжением

у волокна появляется блеск, возникновение которого объясня-

ется изменением строения хлопкового волокна: переходом из

извитой скрученной спиралй в гладкий цилиндр. Изменение по-

перечного сечения волокна показано на рис. 8. При обработке

концентрированными щелочами волокно набухает, его стенки

утолщаются, канал сужается. Гладкая цилиндрическая поверх-

ность способствует лучшему отражению света.

При крашении мерсеризованной пряжи или полотна расход

красителей снижается на 12-^15 % для получения окраски од-

ной и той же интенсивности. При этом не только увеличивается

поглощение красителя, но и улучшаются колористические пока-

затели окраски: чистота, яркость, насыщенность и даже устой-

чивость к различного рода воздействиям, например к свету. Это

объясняется тем, что в процессе щелочной обработки происходит

сильное набухание волокна,

разрывается часть водородных свя-

зей, что приводит к разрыхлению надмолекулярной структуры,

увеличению эффективного внутреннего объема волокна и, как

следствие, к глубокому прониканию молекул красителя в волок-

но. По данным рентгеноструктурного анализа, изменяется крис-

талличность волокна. Степень изменений, происходящих в волок-

не в процессе мерсеризации, зависит от концентрации гидроксида

Рис. 8. Поперечное сечение хлопкового волокна:

а — до мерсеризации; б ~ после мерсеризацйн под натяжением

натрия, продолжительности обработки, температуры и натяже-

ния.

Химизм процесса состоит в том, что целлюлоза взаимодей-"

ствует со щелочью с образованием щелочной целлюлозы

[СбН^ОгСону

N^fcsH^OjtOHjjJ^-nNaOH

щелочная целлюлоза

аСбН^ОгСОН),]^ .

гиЗратцеллюлоза

Параллельно происходит разрущение и удаление естествен-

ных спутников целлюлозы. Щелочная целлюлоза — соединение

неустойчивое, в процессе промывки разлагается с образованием

гидратцеллюлозы.

На мерсеризацию большое влияние оказывает температура.

Так как взаимодействие целлюлозы с гидроксидом натрия про-

текает с выделением тепла, мерсерйзацию лучше проводить при

пониженной температуре (15—20°С). При повышении темпера-

туры для достижения той же степени мерсеризации требуется

более высокая концентрация щелочи. В последние годы разрабо-

тан новый способ мерсеризации — горячая мерсеризация. Мерсе-

ризация при температуре 90—95°С позволяет совместить этот

процесс с отвариванием.

Мерсеризации можно подвергать суровые, отваренные и отбе-

ленные полотна и изделия. Обработка суровых трикотажных

полотен и пряжи связана с сильным загрязнением мерсериза-

ционных щелоков (щелочных растворов для мерсеризации).

Кроме того, возникают определенные трудности при пропитке,

связанные с плохой смачиваемостью суровых изделий из хлопка

из-за наличия на них природных сопутствующих веществ.

При мерсеризации отбеленных текстильных материалов может

происходить пожелтение волокна, поэтому оптимальным вариан-

том является мерсеризация после отваривания. Однако в этом

случае процесс мерсеризации очень трудно включить в общую

последовательность технологических операций. Поэтому, несмот-

ря на отмеченные недостатки, мерсеризации чаще всего подвер-

гают суровые трикотажные полотна и пряжу.

В трикотажной промышленности долгое время мерсеризации

подвергали только пряжу, которую далее использовали для из-

готовления полотен и изделий. Это объясняется трудностями

аппаратурного оформления процесса мерсеризации трикотажных

полотен — обеспечения равномерной пропитки, расправления

кромок и равномерного натяжения сильно деформирующихся

трикотажных полотен.

Для мерсеризации используют машины двух типов: для мер-

серизации трикотажных полотен-с основовязальных машин и