Інтенсифікація технології підготовки бавовняних і змішаних тканин шляхом застосування фізико-хімічної та хімічної інтенсифікації

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Вступ

Актуальність теми. Нові важкі економічні умови, що склалися в Україні (майже половина текстильних підприємств збиткові, виробничі потужності завантажені на 15-60%), ставлять текстильну галузь перед необхідністю пошуку шляхів підвищення конкурентоспроможності продукції при одночасному зниженні собівартості. Другий не менш важливий аспект вдосконалення технологій пов'язаний з екологічними проблемами - переходом на застосування нетоксичних препаратів, зниженням скидів шкідливих речовин у стічні води. Особливий інтерес представляє розробка нових і вдосконалення вже існуючих технологій, що не вимагають зміни структури сировинної бази і призначених для реалізації, як на діючому обладнанні оздоблювального виробництва, так і на лініях нового покоління.

Актуальність теми обраного напрямку дослідження, в умовах інноваційних економічних підходів, полягає в розробці ефективної, екологічно безпечної технології, що забезпечує високу якість і економічну ефективність випуску конкурентоспроможної текстильної продукції. Це завдання, на нашу думку, може вирішити якісна підготовка тканин, що містять целюлозу, на основі зниження стадій технологічних процесів, використання низьких температур, що дозволяють зменшити витрату електроенергії, використання ефективних, недорогих вітчизняних препаратів та обладнання, наявного на ще діючих текстильних підприємствах.

Особистий внесок автора полягає в проведенні теоретичних й експериментальних досліджень у лабораторних і виробничих умовах процесів розшліхтування і вибілювання текстильних матеріалів, у визначенні оптимального складу білячих розчинів для різних стабілізаторів пероксиду водню, у створенні ефективного активатора процесу вибілювання, в розробці технології розшліхтування на основі використання аноліту.

Мета і задачі дослідження. Мета роботи полягала в підвищені конкурентоспроможності текстильних матеріалів на основі ресурсозберігаючої низькотемпературної технології підготовки бавовняних та змішаних тканин.

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні завдання:

- розробити ефективну технологію розшліхтування тканин перед процесом колорування на основі застосування ферментів, ПАР та активованої води;

- теоретично й експериментально дослідити й обґрунтувати низькотемпературний пероксидний спосіб вибілювання текстильних матеріалів, що містять целюлозу;

- дослідити та здійснити вибір стабілізаторів, активаторів і технологічних параметрів процесу вибілювання;

- вивчити механізм розкладання пероксиду водню при низькотемпературному способі вибілювання;

- дослідити процес низькотемпературного одностадійного способу вибілювання бавовнянолавсанової тканини пероксидом водню перед стадією фарбування;

- зіставити і проаналізувати показники якості тканин при використанні досліджуваних способів підготовки;

- вивчити вплив низькотемпературного пероксидного вибілювання на колористичні показники тканин при подальшому фарбуванні;

- апробувати технології розшліхтування та низькотемпературного способу вибілювання пероксидом водню у виробничих умовах, провести аналіз показників якості вибілених тканин, здійснити розрахунок економічної ефективності розроблених технологій.

1. Огляд літератури і вибір напрямків дослідження

Дана характеристика існуючих способів підготовки. Розглянуті питання стабілізації пероксидних вибілюючих розчинів, механізму розкладу пероксиду водню і технології процесу вибілювання. Відзначено, що до цих пір не знайдено альтернативи водорозчинним силікатам, до кінця не з'ясовано механізм розкладання пероксиду водню у процесі вибілювання; зазначено, що виникає необхідність у відмові від триступеневої технології підготовки, у зв'язку з її дорожнечею і трудомісткістю, від використання пари, гарячої води, дорогих препаратів, у зв'язку з малими дотаціями в текстильну промисловість.

2. Основні об'єкти та методи дослідження

Дана характеристика використовуваних в роботі текстильних матеріалів та хімічних речовин. Показано основні методики визначення вмісту крохмалю на тканині: йодометричний метод і метод визначення крохмалю по калібрувальній кривій. Описано основні методи математичної обробки експериментальних даних: повний факторний експеримент і метод дрібних реплік. Відзначено, що для дослідження процесу вибілювання визначали концентрацію пероксиду водню на тканині і константу швидкості його розкладання.

3. Дослідження і обґрунтування низькотемпературного пероксидного способу вибілювання тканин, що містять целюлозу, досліджено кінетику і механізм процесу вибілювання

З метою можливості зниження тривалості процесу вибілювання було досліджено вплив часу вилежування тканини на швидкість розкладання пероксиду водню та ступень білизни протягом всього процесу до 24 годин.

Отримані дані свідчать про те, що процес вибілювання можливо проводити за 5 годин, так як при 5 годинах спостерігається пік як за ступенем розкладання пероксиду водню так і ступенем білизни, потім прямолінійні ділянки і повільний спад, тобто кінетика розкладу пероксиду водню в період з 5 до 24 годин має уповільнений характер, про що свідчать константи швидкості реакції: К5=1,43·10-1 л/моль2·год, К8=2,94·10-1 л/моль2·год. Для підвищення білизни тканин за 5 годин вибілювання був визначений вплив різних стабілізаторів на швидкість розкладання пероксиду водню. В якості стабілізаторів були розглянуті традиційні силікат і метасилікат натрію і вперше органічний стабілізатор - метилсиліконат калію (ГКЖ-11 К). Для визначення ефективності їх стабілізуючої дії було досліджено кінетику розкладання пероксиду водню.

Зіставлення стабілізуючого ефекту досліджуваних стабілізаторів показує, що за середньої швидкості реакції розкладання пероксиду водню вони рівні, однак ефект стабілізації метилсиліконатом калію характеризується більшою рівномірністю протягом усього періоду вибілювання. Для підвищення ефективної дії вибілюючих композицій додатково в систему вводили активатори. У даній роботі в якості можливих активаторів пероксиду водню розглядали: персульфат калію, трилон Б, сульфат магнію і триполіфосфат натрію. Для оцінки ефекту системи стабілізатор - активатор було проведено розрахунок констант швидкості розкладання пероксиду водню.

За характером кривих і значень швидкості розкладання пероксиду водню, незалежно від типу стабілізатора, краще всього стабілізує пероксид водню персульфат калію, а найбільше розкладає трилон Б. Однак у таких системах не був досягнутий високий ефект ступеня білизни, тому являло інтерес дослідити композиції активаторів.

Згідно з отриманими даними були зроблені наступні висновки: для стабілізатора силікатного типу в якості активатора рекомендується суміш персульфата калію + сульфата магнію + трилон Б, так як вона максимально стабілізує пероксид водню і дає найвищий показник ступеня білизни в кінці вибілювання; для органічного стабілізатора в якості активатора рекомендується персульфат калію.

Використовуючи ефективний активатор можна отримати високі показники стабілізації пероксиду водню. Без активатора швидкість розкладання пероксиду водню становить 22,59·10-1 л/моль2· год, в системі пероксид водню + метасилікат натрію + активатор - 2,54·10-1 л/моль2·год, тобто швидкість розкладання знижується в 8,8 рази, а в системі пероксид водню + метилсиліконат калію + активатор - 1,05·10-1л/моль2·год, швидкість розкладання пероксиду в присутності активатора сповільнюється в 10 разів.

На основі застосування методу математичного планування експерименту - методу дрібних реплік від повного факторного експерименту було визначено оптимальне співвідношення компонентів вибілюючої системи. Для системи, стабілізованої силікатом натрію, використана 1/16 от ПФЭ 27. Після виключення не значущих чинників, рівняння регресії прийняло наступний вигляд: ? = 78,4+0,625х2. Критерій Фішера F=1,08. Табличне значення критерію Фішера для р -- 0,05, f1=2 и f2 =8 F 0,95 (2,8) =4,46. F<F0,95 (2,8), і рівняння регресії адекватно експерименту. У випадку з метасилікатом натрію, використана 1/8 от ПФЭ 26. Після виключення не значущих чинників, рівняння регресії прийняло наступний вигляд: ? = 79,356+0,31875 х2. Критерій Фішера F=0,72. F<F0,95 (2,8), і рівняння регресії адекватно експерименту. Для системи, стабілізованої органічним стабілізатором, використана 1/2 от ПФЭ 24. Після виключення не значущих чинників, рівняння регресії прийняло наступний вигляд: ? = 79,79+0,18125 х1 + 0,21875 х2. Критерій Фішера F=3,134. Табличне значення критерію Фішера для р -- 0,05, f1=3 и f2 =8 F 0,95 (2,8) =4,07. F<F0,95 (2,8), і рівняння регресії адекватно експерименту.

Пероксид водню в чистому вигляді достатньо стійкий, але, оскільки, разом з водою, реагентами і оброблюваним матеріалом вводиться значна кількість каталізаторів, він розкладається під дією цього набору речовин. Механізм такого розкладу визначити досить складно у зв'язку з тим, що чутливість цієї реакції залежить від безлічі факторів.

Окисними агентами, можуть бути як пероксид водню, так і НО2- іони, так як, в тому діапазоні рН, при якому йде процес вибілювання, вони перебувають у рівних кількостях.

4. Ефективні технології розшліхтування целюлозних матеріалів на основі ензимів, поверхнево-активних речовин та електроактивованої води

Технологію розшліхтування розробляли під фарбування в темні тони і досліджували доцільність проведення двостадійної підготовки: розшліхтування - низькотемпературне вибілювання.

Було досліджено шляхи підвищення гідрофільності тканин на основі проведення сушки різними способами: на повітрі при температурі приміщення, при температурі 55-60оС (нижче температури плавлення восків), при температурі 120оС (імітація конвективної сушки), сушка праскою (імітація сушильних барабанів), сушка на повітрі, а потім прасування праскою (для перевірки контактної сушки в побутових умовах). В ході досліджень виявлено, що високотемпературна сушка знижує значення капілярності тканини, в порівнянні з тканиною, висушеної на повітрі. Підготовлена за розробленою технологією тканина характеризується низькими показниками гідрофільності, однак і тканина, підготовлена за класичною технологією з запарюванням, не характеризується стійкою капілярністю, мабуть, за рахунок малої кількості вільної рідини на тканині. З метою підвищення капілярних властивостей вибілених тканин було досліджено вплив двостадійної підготовки: розшліхтування- вибілювання та вибілювання - відварка (короткочасна при температурі 95 оС протягом 30 хв.). Попереднє розшліхтування сприяє підвищенню капілярності тканини і ступеня видалення крохмалю, однак, капілярність тканин не задовольняє вимогам стандарту; подальша короткочасна відварка сприяє отриманню висококапілярних тканин і мінімальному вмісту залишкового крохмалю.

У відварених зразків після вибілювання навіть при сушінні 120 оС істотно підвищилися гідрофільні властивості тканини: при вибілюванні у присутності силікату натрію капілярність становила 165 мм/год, метасиліката натрію-167 мм/год, ГКЖ-11К-169 мм /год. Інтерес визиває той факт, що зразки тканини, вибілені по холодному способу і висушені при температурі 120 С, які мали невисоку капілярність, були випрані побутовим пральним порошком, висушені на повітрі і прогладжені праскою (імітація побутових умов експлуатації), при цьому тканина відрізнялася високими капілярними властивостями. Ефективність одно- та двохстадійних способів підготовки було оцінено за якісними показниками тканин при подальшому фарбуванні. Становило інтерес забарвити зразки тканин і після розшліхтування.

В разі фарбування активними барвниками в світлі тони та напівтони достатнім ступенем підготовки може бути одностадійне вибілювання. Було визначено кількість ковалентно фіксованого барвника (КФК). При одностадійній підготовці на основі органічного барвника КФК = 71,64%, при двостадійній з відваркою - 63,08%, при вибілюванні з силікатним стабілізатором КФК = 64,86%, а з відваркою - 64,47%. У разі фарбування прямими барвниками спостерігається така тенденція, що більш інтенсивно забарвлені зразки, підготовлені за двостадійною технологією: низькотемпературне вибілювання - відварка, причому найвищими показниками k/s характеризуються зразки, вибілені з органічним стабілізатором. При фарбуванні в темні тони операцією підготовки може бути достатньо однієї розшліхтовки.

Таким чином, якщо тканину випускати в вибіленому вигляді або під фарбування у світлі тони достатньо обмежитися одностадійним низькотемпературним пероксидним вибілюванням, якщо тканину необхідно пофарбувати в темні тони достатньо обмежитися процесом розшліхтування.

Досліджено підготовку бавовнянолавсанової тканини «Грета» арт. 2701 (ПЕ-47%, БВ-53%). Було визначено універсальність розробленої технології низькотемпературного вибілювання та ефективність підготовки за фарбуванням одностадійним безперервним термофіксаційним способом сумішами барвників.

Для бавовнянолавсанової тканини ефективніше виявилася вибілююча система на основі органічного стабілізатора, що дозволяє одержати високогідрофільну тканину та більшу інтенсивність забарвлення зразка.

Досліджена наявність силікатних осадів на тканині та кількісні характеристики капілярно - порової структури бавовняного волокна, підготовленої за низькотемпературним пероксидним способом в присутності стабілізаторів силікатного та органічного типів.

Осадження, зазвичай, не буває в холодній вибілюючій системі. Однак вагомих доказів цієї теорії немає. В якості методів дослідження були обрані: методика визначення вмісту золи на тканині, так як є тенденція, що відкладення силікату на волокні веде до надлишкового змісту золи, відсоток збілки, дослідження характеру осадів за допомогою мікроскопу. В ході досліджень було виявлено, що мінімальна збілка спостерігається у разі вибілювання з силікатом натрію - 0,144% в порівнянні з органічним стабілізатором - 0,136%, тобто втрата маси частково компенсувалася відкладенням на тканині силікатних осадів. Зміст зольних речовин на тканині не надмірний, однак зразок, вибілений з органічним стабілізатором, містить зольних речовин в 5 разів менше, що свідчить про мінімальні відкладення осаду на тканини в процесі вибілювання. Характер осадів було вивчено за допомогою мікроскопа Lomo Mikmed 1 з приставкою Scopetek Digital Camera зі спеціально розробленим програмним забезпеченням Scopetek Photo для наукового аналізу захопленого зображення.

Менше всього осаду утворюється у випадку органічного стабілізатора, що узгоджується з даними по визначенню змісту зольних речовин, який потім легко видаляється в гарячих розчинах лугу і емульгатора.

Вивчили порову структуру тканини за допомогою термогравікалориметричного методу (ТГК) разом зі співробітниками кафедри тепломасообмінних процесів Київського національного університету технологій та дизайну. Термограми досліджуваних проб тканин мають S-подібний вигляд.

При використанні при низькотемпературному пероксидному способі біління стабілізаторів різних типів відбувається зменшення об'єму макропор на 2% та на 22,4% об'єму мікропор. Тканина, вибілена в присутності органічного стабілізатору, більш гігроскопічна та більш придатна до фарбування.

Висновки

текстильний розшліхтування фермент пероксидний

1. Інтенсифіковано технологію підготовки бавовняних та змішаних тканин, як одностадійне низькотемпературне пероксидне вибілювання, за рахунок скорочення тривалості процесу з трьох діб до 5 -24 годин, при цьому забезпечено комплекс показників якості, які відповідають вимогам стандарту, внаслідок використання ефективної вибілюючої системи.

2. Вперше запропоноване в якості стабілізатору при низькотемпературному способі вибілювання метилсиліконат калію, що забезпечує розкладання пероксиду водню за оптимальним механізмом. Використання органічного стабілізатору дозволяє отримати вибілену тканину з більшою кількістю макро- та мікропор, більшою вологоємністю та гігроскопічністю, що свідчить про кращі гігієнічні властивості та кращу нафарбовуваність.

3. Встановлено, що розроблена технологія одностадійного низькотемпературного пероксидного дозволяє отримати високий ступінь білизни тканин за рахунок використання ефективної системи стабілізатор - активатор. Це зумовлено тим, що органічний стабілізатор здатний зв'язувати катіони важких металів Cu2+, Fe3+ та забезпечувати буферність розчину, а активатор - персульфат калію - підсилювати ефективну вибілюючу дію пероксиду водню, за рахунок виділення окислювальних часток.

4. Математично обґрунтовано й експериментально підтверджено вибір оптимального співвідношення компонентів вибілюючого розчину. Встановлено, що значення кількості пероксиду водню, лугу, стабілізатору та активатору тісно пов'язанні між собою та при концентрації, г/л: 35, 14, 9, 7 відповідно, дозволяють досягти найбільшого ступеня білизни 82 %.

5. Вивчено кінетику розкладу пероксиду водню на холоду в системі стабілізатор-активатор, проведений розрахунок констант швидкості реакцій. Виявлено, що в присутності активатора швидкість розкладання пероксида водню сповільнюється в 8-10 разів.

6. Встановлено, що в ході дослідження процесу розшліхтування тканин на основі ферментів, поверхнево - активних речовин та електро - активованої води, що аноліт з рН=1,32 та RedOx потенціалом = 1012 мВ сприяє видаленню крохмалю на 46%, воскоподібних речовин на 43% і зниженню мінералізації тканини на 44% в порівнянні з суровою.

7. Встановлено, що розроблена технологія одностадійного низькотемпературного пероксидного вибілювання є універсальною і може бути використана при підготовці як бавовняної так і бавовнянолавсанової тканини. Доведено, що технологія з використанням органічного стабілізатору більш ефективна та дозволяє отримати високі показники гідрофільності бавовнянолавсанової тканини, в порівняні з силікатними стабілізаторами.

8. Економічно обґрунтовано доцільність використання розробленої технології підготовки тканин, що містять целюлозу. Проведені виробничі випробування на ВАТ «Херсонський ХБК» і АТЗТ «ЧШК» з позитивним ефектом. Визначено, що очікуваний економічний ефект від впровадження низькотемпературної технології вибілювання становитиме 99,5 грн. на 1000 м тканин, від впровадження технології розшліхтування на основі аноліту - 85,9 грн. на 1000 м тканин.

Література

1. Євдокимова В.А. Розробка високоефективної технології біління бавовняних тканин на холоду/ В.А. Євдокимова, М. Л. Кулігін // Вісник Київського національного університету технологій та дизайну. - 2009. - №3 (47). - С. 97-100.

2. Євдокимова В.А. Розробка високоефективної технології розшліхтування бавовняних тканин/ В.А. Євдокимова, М. Л. Кулігін// Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины. - 2009. - №1(15). - С. 31-33.

3. Євдокимова В.А. Вплив електроактивованної води на розшліхтування бавовняних тканин/ В.А. Євдокимова, М. Л. Кулігін // Вісник Київського національного університету технологій та дизайну. - 2009. - №5 (49). - С. 157-161.

4. Евдокимова В.А. Разработка технологии бессиликатного низкотемпературного пероксидного беления целлюлозосодержащих текстильных материалов/ В.А. Евдокимова, М.Л. Кулигин// Вестник Хмельницкого национального университета. - 2010. - №1. - С. 227-229.

5. Евдокимова В.А. Изучение механизма низкотемпературного пероксидного беления хлопчатобумажной ткани/ В.А. Евдокимова, М.Л. Кулигин // Вестник Херсонского национального технического университета.-2010.-№1.- С.67-71.

6. Евдокимова В.А. Повышение гидрофильных свойств хлопкополиэфирной ткани при одностадийном низкотемпературном пероксидном способе беления/ В.А. Евдокимова, М.Л. Кулигин// Вестник Хмельницкого национального университета. - 2010. - №4. - С. 252-256.

Размещено на Allbest.ru