Аналитический обзор научно – технической литературы и выбор технологических процессов

      Непрерывные способы отварки, как и периодические, должны обеспечить высокую капиллярность ткани, но за более короткое время (1 час). На практике это достигается повышением концентрации веществ, содержащихся в варочной жидкости. Так концентрацию основного компонента – гидроксида натрия – увеличивают в  
3 раза, а при ускоренных способах отварки она составляет 100–130 г/л.

      Щелочная  отварка по непрерывному способу  осуществляется на поточных линиях, в  состав которых могут входить  машины различной конструкции. Пропитанная  варочной жидкостью ткань в виде жгута или расправленного полотна  обрабатывается насыщенным водяным  паром при температуре 101 – 103^оС в течение 1 – 2 часов, а затем тщательно промывается. Машины для непрерывной обработки тканей входят в состав линий беления и составляют  секцию отварки. Этим достигается высокая производительность непрерывных способов подготовки (беления) хлопчатобумажных тканей. Исключительно важную роль при этом играет паровая среда, в которой ткань быстро прогревается и набухает, что значительно интенсифицирует процесс удаления примесей. Сама ткань выполняет функции реактора, поскольку все рассмотренные ранее процессы удаления примесей протекают непосредственно в её структуре.

      Целью беления является повышение степени белизны отваренной ткани и её капиллярности.

      Белизна  - один из важнейших показателей  качества хлопчатобумажных тканей. От степени белизны зависит возможность  использования тканей для изготовления изделий различного ассортимента. В  соответствии с требованиями стандартов белизна бельевых тканей должна быть не менее 80%, а для улучшенных сортов – 83%, белизна сорочечных тканей должна составлять 87 – 88%. Основные свойства отбеленных тканей оценивают по степени белизны, гидрофильности (капиллярности) и сохранности целлюлозы.

      Сущность  процесса беления состоит в разрушении природных красящих веществ хлопка, которые придают неотбеленным тканям буроватую или кремовую окраску. При отваривании в щелочных растворах красящие пигменты не претерпевают заметных изменений, поэтому при белении их разрушают с помощью окислителей.

      В качестве отбеливателей в текстильной  технологии в основном используют три  типа окислителей: гипохлориты натрия или кальция, перекись водорода и  хлорит натрия. Очень редко для  беления используют надуксусную кислоту и производные дихлоризоциануровой кислоты. Для достижения высокого эффекта белизны применяют оптические отбеливающие вещества (ООВ).

      В настоящее время для отбеливания  применяют в основном три типа наиболее распространенных отбеливающих реагентов: гипохлорит натрия или кальция, перекись водорода, хлорит натрия. Другие реагенты (надкислоты, дихлорциановая кислота и ее производные) используются довольно редко и не пригодны для массового производства вследствии высокой себестоимости.

      Гипохлоритное отбеливание является неперспективным способом в силу таких причин, как сложность приготовления отбеливающих растворов, их нестабильность, существенная опасность повреждения целлюлозных волокон в процессе отбеливания. Также отбеливание гипохлоритом является малопроизводительным процессом, что не позволяет ему конкурировать с непрерывным и периодическим способами отбеливания.

        Основными достоинствами хлоритного отбеливания являются: практически полное отсутствие окислительной деструкции целлюлозы, высокая скорость отбеливания, разрушение не только окрашенных примесей, но и сопутствующих веществ. Хлорит относится к окислителям мягкого действия, что позволяет с его помощью получать хорошие эффекты белизны на текстильных материалах без повреждения волокон. Из недостатков применения хлорита можно выделить следующее: сильное корродирующее действие по отношению к металлам, выделение токсичных продуктов ( в частности оксида хлора 4), препарат является дорогим импортным продуктом.

      В настоящее время пероксид водорода и основанные на его использовании способы беления получили наиболее широкое применение во всем мире. Этот факт объясняется тем, что при реализации перекисного способа беления достигается высокое качество беления, устойчивость белизны, сохранение прочности целлюлозы, экологическая безопасность. Кроме того, перекись водорода является доступным и достаточно дешевым отбеливающим препаратом. При его использовании происходит разрушение примесей, что позволяет значительно сократить время предшествующей белению щелочной отварки или совсем исключить её из технологической цепочки подготовки ткани.

      Основным  недостатком перекиси водорода является её неустойчивость, что вызывает необходимость  стабилизации белящих растворов. Реакция  разложения перекиси водорода протекает  по уравнению:

      2Н₂О₂ = 2Н₂О + О₂

      С точки зрения эффективности процесса беления эта реакция является нежелательной, поскольку не обеспечивает необходимой степени белизны, а  кислород повреждает целлюлозу. Приведенная  реакция каталитически ускоряется на свету, в присутствии ионов металлов, в щелочной среде и при повышенных температурах.

      Отбеливающее  действие оказывает продукт диссоциации  перекиси водорода как кислоты с  образованием пергидроксил-иона:

      Н₂О₂ = Н⁺ + НО₂^-

      Процесс электролитической диссоциации, а  следовательно, и увеличение концентрации иона НО₂^-, ускоряется в щелочной среде и при увеличении температуры, благодаря связыванию ионов водорода  ионами ОН^-. Реакция протекает по схеме:

      Н₂О₂ + ОН^- = Н₂О + НО₂^-

      Образование основной белящей частицы – пергидроксил-иона – ещё более усиливает нежелательную реакцию каталитического разложения перекиси водорода:

      Н₂О₂ + НО₂^- = Н₂О + О₂ + ОН^-

      Поэтому, чтобы в условиях беления  в  максимальной степени сохранить  основные белящие частицы НО₂^- и повысить устойчивость  перекисных растворов, в систему необходимо вводить стабилизирующие добавки. Наиболее распространенным стабилизатором, предотвращающим каталитическое разложение Н₂О₂, является силикат натрия.

      Мерсеризация  является процессом облагораживания  хлопчатобумажных тканей, в результате которого они приобретают комплекс ценных потребительских свойств: повышенную гигроскопичность и накрашиваемость, устойчивый шелковистый блеск, эластичность и дополнительную прочность.

      В настоящее время классическую операцию мерсеризации проводят обработкой пряжи  или ткани под натяжением концентрированными (250–300 г/л) растворами гидроксида натрия в течение 30 – 90 секунд при комнатной температуре.

      В результате такой обработки в  хлопковом волокне происходят физические, химические и структурные изменения.

      Физические  изменения проявляются в сильном  набухании волокна вследствие проникновения  щелочи сначала в аморфные, а затем  и в ориентированные зоны. Степень  набухания характеризует активность процесса мерсеризации и увеличивается  с понижением температуры. Оптимальной  является температура 16^оС. При набухании стенки волокна утолщаются, оно приобретает цилиндрическую форму, внутренний канал практически исчезает. В результате волокна лучше отражают световые лучи, усаживаются, а ткань приобретает блеск, шелковистость, становится плотнее, прочнее, эластичнее. Чтобы снизить усадку и усилить блеск мерсеризацию проводят под натяжением.

      В результате действия на целлюлозу концентрированных  растворов щёлочи и последующей  промывки водой, происходит последовательное превращение целлюлозы сначала  в щелочную целлюлозу, а затем  в гидратцеллюлозу. Число гидроксильных групп целлюлозы, реагирующих со щелочью, изменяется в зависимости от концентрации NaOH, температуры и наличия вспомогательных веществ в мерсеризационной ванне.

      Химические  превращения практически не изменяют состава целлюлозы, но существенно  влияют на её надмолекулярную структуру. Сорбция целлюлозой щёлочи сопровождается частичным разрушением межмолекулярных  водородных связей, что приводит к  декристаллизации целлюлозы, увеличению доли аморфных областей на 10 –20% и образованию новой структурной модификации – целлюлозы II. В целлюлозе II элементарные звенья Д-глюкопиранозы разворачиваются друг относительно друга на 90^о, что и приводит к разрыву межмолекулярных связей и появлению свободных гидроксильных групп. В результате волокно проявляет повышенную сорбционную и реакционную способность, становится более гигроскопичным, легче окрашивается. Этому способствует также увеличение площади поперечного сечения волокна, его объема, размера пор внутри волокна.

      Ткани мерсеризуют на цепных и валковых машинах непрерывного действия. Материал пропитывают концентрированным  раствором щелочи и выдерживают  в натянутом состоянии 1 –5 минут, чтобы обеспечить реакцию NaOH с целлюлозой. Затем интенсивно промывают горячей водой, причем для лучшего удаления щёлочи её попеременно обрабатывают паром и водой в специальной машине – пароводяном выщелачивателе. Оставшийся в волокне едкий натр отмывается очень трудно, поэтому ткань пропитывают разбавленным раствором серной кислоты, с целью нейтрализации NaOH.

     Для тканей «Диагональ» и «Костюмная»  был выбран современный ускоренный способ подготовки, предусматривающий  совмещение процессов мерсеризации и отварки, который называется «горячая мерсеризация». В результате снижаются материальные затраты на ее подготовку (уменьшая количество необходимых химматериалов, снижается расход пара, воды и электроэнергии на обработку суровья), снижаются также возможные потери прочности при исключении окислительной деструкции на стадии беления. В итоге качество подготовки тканей «Диагональ» и «Комфорт» оказывается удовлетворительным для последующих процессов крашения сернистыми водорастворимыми красителями.

     Операция  опаливание проводится для всех видов  тканей, а стрижка только для тканей «Комфорт» и бязи «Нега». Для тканей «Диагональ»и «Костюмная» предусмотрена только горячая мерсеризация, а для тканей «Комфорт» и бязи «Нега» предусмотрена расшлихтовка, отварка, беление и мерсеризация.

     В качестве белящего компонента использована перекись водорода. Являясь недорогим  отбеливателем массового производства, она обеспечивает высокий и устойчивый эффект белизны при умеренной  опасности повреждения волокна. Кроме того, продукты распада перекиси не вредны для здоровья рабочих и  не загрязняют окружающую среду. Мерсеризация предусмотрена в конце цикла  подготовки; нежелательный желтый оттенок  ткани не оказывает существенного влияния на качество окраски. В результате не происходит загрязнение мерсеризационных щелоков, которые возможно регенерировать после проведения процесса и вернуть в производство.