Разработка технологии промывки шерсти, обеспечивающей сохранение её качества

Размещено на http://www.allbest.ru/

Разработка технологии промывки шерсти, обеспечивающей сохранение её качества

Разработка новой технологии первичной обработки шерсти предполагает разработку и научное обоснование технологических решений по улучшению качества мытой шерсти, снижению потерь шерсти и уменьшения расхода химических материалов, что достигается использованием высокоэффективных моющих средств.

Моющее действие (в дальнейшем МД) является сложным показателем и определяется как способность моющих растворов удалять загрязнения и переводить их в взвешенное состояние. Оценка эффективности действия моющих средств является важной составляющей при изучении МД. Проявление моющего действия обусловлено совокупным воздействием ряда факторов:

1) смачивание на границе с воздухом и на границе раздела двух фаз;

2) адсорбция;

3) электрический заряд при применении ионогенных поверхностно-активных веществ (ПАВ);

4) способность к эмульгированию, диспергированию и стабилизации коллоидных частиц загрязнений в моющих растворах;

5) температура и уровень рН раствора;

6) тип загрязнения;

7) природа волокон;

8) вид ПАВ [1].

С технологической точки зрение при промывке шерсти основным критерием оценки моющего действия ПАВ является степень удаления минеральных загрязнений и жира. По результатам изучения нормативов по первичной обработке мериносовой шерсти было выявлено, что для успешного проведения последующих процессов переработки необходимо содержание жира не более 1%, а содержание минеральных загрязнений - не более 1,7%. При выборе вида ПАВ необходимо учитывать экономическую эффективность его использования, а так же экологическую безопасность. Местные фабрики по первичной обработке шерсти в настоящее время использует такие НПАВ, как Neonol, Nonidet, Тиноветин. Однако использование этих дорогостоящих химических материалов привело к удорожанию конечной себестоимости мытой шерсти. Наряду с этим использование данных ПАВ позволяет хорошо удалить жир, однако содержание минеральных загрязнений остается на уровне 2,3%.

Анализ применяемого в Казахстане сырья показывает, что доля немытой шерсти с повышенным содержанием минеральных примесей и солей пота составляет до 40%. Исходя из вышесказанного можно сделать вывод, что необходим поиск эффективных технологии и ПАВ, которые обеспечат удаление большого количества гетерогенных по происхождению загрязнений.

Для оценки эффективности использования того или иного моющего средства нужно определить минимальный расход ПАВ. Для определения минимального расхода ПАВ проводится оценка поверхностной активности по величине критической концентрации мицелообразования (ККМ). В связи с этим было проведено систематическое изучение поверхностного натяжения водных растворов алкилсульфоната натрия, синтанола ДС-10, ОС-20, ОП-10, сульфосида-31, синтамида-5, а также смесей алкилсульфоната натрия с неионогенными ПАВ. Эксперимент проводился в реальной производственной среде для максимального приближения результатов к практическому применению. В качестве растворителя была использована техническая вода жесткостью 2 мг-экв/л, так как использование дистиллированной воды, как это делается в лабораторных условиях, не дает реальных результатов. Результаты измерений представлены на рисунке 1.

1 - ОС-20; 2 - ОП-10; 3 - синтанол ДС-10; 4 -алкилсульфонат натрия

Рис. 1. Зависимость поверхностного натяжения различных ПАВ в водном растворе от их концентрации

Анализ результатов показал, что ККМ для алкилсульфоната натрия составляет 0,6 г/л, для ОС-20 - 0,64 г/л, для синтанолаДС-10 -0,2 г/л, для ОП-10 - 0,15 г/л. Как видно из рисунка предельное понижение поверхностного натяжения растворов всех ПАВ, фиксируемое при ККМ, сравнительно мало отличается и лежит в пределах 30-35 мдж/см². Так как указанные ПАВ имеют максимальное моющее действие при применении их в концентрации, близкой к ККМ, то сопоставление моющей способности препаратов с величиной максимального снижения поверхностного натяжения растворов представляет большой интерес. Моющее действие оценивали по степени удаления жира стандартным методом [2]. На рисунке 2 приведены графики зависимости моющей способности ПАВ от величины поверхностного натяжение их водных растворов при концентрации от 0,1 до 2,0 г/л. Сопоставление данных поверхностного натяжения, ККМ и поверхностной активности растворов ПАВ с их моющей способностью показывает, что между этими величинами существуе определенная связь - чем ниже поверхностное натяжение и ККМ растворов, тем выше поверхностная активность, а следовательно и моющий эффект.

Значит самым эффективным по удалению жира является ОП-10, у которого самое низкое значение ККМ. Исходя из полученных данных расположим ПАВ в ряд в порядке убывания моющей способности: ОП-10, ОС-20, синтанол ДС-10, алкилсульфонат натрия.

Результаты изучения поверхностного натяжения растворов и их смесей с активными добавками дают возможность спрогнозировать свойства моющего раствора при использовании композиции ПАВ. Однако, растворы ПАВ, имеющие низкое поверхностное натяжение, не всегда являются хорошими моющими средствами при промывке шерсти, следовательно и поверхностная активность не может служить единственным критерием при определении моющего действия. Поэтому следует детально изучить адсорбцию, смачивающую, эмульгирующую, пенообразующую способность ПАВ.

В условиях практической промывки необходимо создание условий для адсорбции молекул ПАВ на субмикроскопической поверхности волокна и загрязнений. Поэтому при разработке теории процесса промывки нужно учитывать не только особенность химического строения, физико-химические свойства шерсти и компонентов загрязнений, но и факторы, которые влияют на формирование граничного адсорбционного слоя ПАВ на поверхности волокна в первые минуты промывки. Вместе с тем адсорбция ПАВ и в особенности смесей ПАВ на волокнах остается малоизученной. Изучение и исследование адсорбции ПАВ на шерсти проводились несистематически, поэтому существуют данные для немногих ПАВ. В основном такие исследования проводились на целлюлозных волокнах и тканях из них. В большинстве случаев изучались анионактивные ПАВ, адсорбция неионогенных ПАВ на шерсти в известной на литературе представлена работами [3, 4].

1 - алкилсульфат натрия; 2 - ОС-20; 3 - ОП-10, 4 - синтанол ДС-10.

Рис. 2. Зависимость моющей способности от поверхностного натяжения растворов

Изучение адсорбции ПАВ на шерсти осложняется изменением удельной поверхности. Кроме того, шерсть можно отнести к классу пористых сорбентов, поэтому все сложности, которые присущи процессу адсорбции ПАВ на пористых сорбентах, будут проявляться в данной системе, усугубляясь изменением пористости при набухании в воде.

Значительное сродство к воде - хорошо известное свойство шерсти которое на первый взгляд трудно объяснить в связи с гидрофобностью поверхности. Это качество зависит главным образом от природы поверхности волокон шерсти существенно отличающейся от остальной части волокна. Шерсть юга Казахстана в частности КЖМ ранее не исследовалась как сорбент. Для систематического изучения процессов адсорбции при промывке данной шерсти целесообразно сначала оценить удельную поверхность исходного волокна.

Поверхность шерстяного волокна отличается значительной неоднородностью.

Для оценки сродства к воде наиболее приемлемым и распространенным методом исследования указанного свойства шерсти является термодинамический метод сорбции воды.

Испытания проводили на сорбционной вакуумной установке с весами Мак-Бена при температуре + 25°С. Измерение величин сорбции осуществлялось с точностью до ±0,01%, а давление ±0,05 мм. рт. столба.

На рисунке 3 показана изотерма сорбции паров воды на исходной шерсти. Изотерма сорбции паров воды шерсти имеет S- образный вид и хорошо согласуется с литературными данными [5]. Она характеризуется процессами адсорбции, вычисляемой количественно по изотерме и капиллярной конденсацией, ведущей к значительному увеличению скорости сорбции. По типу сорбционных изотерм [6] адсорбцию паров воды на шерсти можно отнести к физической адсорбции, отличительной чертой которой является наличие на изотермах сорбции петли гистерезиса.

Указанные особенности обусловлены заполнением микропор волокна молекулами воды. При Р/Р_а равным 0,95 мезопоры волокна полностью заполняются водой.

Для оценки чистого гистерезиса на рисунке 3 приведена зависимость относительного гистерезиса от относительной упругости пара. Величина относительного гистерезиса пропорциональна силе взаимодействия молекул воды с волокном. Для сравнения в таблице 1 приведены данные относительного гистерезиса для исследуемых образцов шерсти.

1 - шерсть ЮКМ немытая; 2 - шерсть ЮКМ мытая; 3 - шерсть австралийского мериноса.

Рис. 3. Изменение относительного гистерезиса в зависимости от относительного давления паров

Таблица 1Величина относительного гистерезиса

Расчет удельной поверхности волокна проводили по уравнению БЭТ в линейной форме [5]:

Уравнение позволяет определить предельную адсорбцию б₀ и с. Отрезок отсекаемый на оси ординат при экстраполяции зависимости равен 1/б₀·с, а , удельную поверхность шерсти рассчитывали по уравнению:

Вычисление удельной поверхности исходной шерсти показали следующие результаты: для исходной шерсти ЮКМ - 180 м²/г, для очищенной от примесей 225 м²/г, для австралийской мериносовой шерсти 250 м²/г. Важно так же учитывать, что в процессе промывки ПАВ адсорбируется как волокном, так и загрязнениями. Измерить величину адсорбции на немытой шерсти трудно, поэтому вначале определяли отдельно величину адсорбции на чистом волокне и на загрязнениях, а потом по этим косвенным параметрам судили о величине и характере адсорбции ПАВ в процессе промывки.

Дополнительно, для исследования процессов адсорбции анионактивных и неионогенных ПАВ на шерстяном волокне, были проведены эксперименты. В процессе эксперимента использовались растворы, содержащие отдельные компоненты указанных ПАВ, при условиях соответствующих процессу промывки: температура 30-50С⁰, модуле ванны 75, продолжительности обработки 15 мин. Данные эксперимента представлены в виде изотерм на рисунке 4.

На основе полученных изотерм адсорбции (рис. 4), полученных опытным путем представляется возможность изучить характер и механизм адсорбирующего взаимодействия. Совсем другой вид имеет изотерма адсорбции алкилсульфоната натрия на шерсти. Очевидно повышенная адсорбция алкилсульфоната натрия в области растворов до ККМ, обусловлена наличием восков, жиров на поверхности шерсти.

Рис. 4. Изотермы адсорбции алкилсульфоната натрия (1), ОС-20 (2) и их смеси (3) на шерстяном волокне.

Совокупность результатов систематического исследования моющего действия алкилсульфоната в сочетании с активными добавками и в смесях ПАВ, анализ действующих режимов, а также оценки качества шерсти и особенностей загрязнения позволяют выдвинуть следующие пути дальнейших исследований:

1. Шерсть надо мыть дифференцированно, то есть отдельные стадии удаления каждого типа загрязнений, это позволит ускорить отделение и увеличить количество шерстяного жира, извлекаемого из моющих растворов.

2. Применять оборудование для мойки шерсти, которое приведет свойлачивание шерсти к минимуму.

3. Уменьшение удельного расхода энергии, воды, химматериалов, что достигается путем рационального выбора вида и концентрации ПАВ, температуры и рН.

Наиболее эффективную ресурсосберегающую технологию промывки шерсти можно предложить после изучения влияния пенообразования и температуры на качество процесса и исследования природы стабилизации дисперсной фазы в моющих растворах.

Литература

промывка шерсть пав сорбция

1. Богданов Ю.Г. Смачивающее и модифицируещее действие смесей катионного и неионогенного ПАВ. Дисс. канд. хим. наук. - Москва, 2001. - 162 с.

2. Абубакирова К.Д., Чернявская Н.П. Определение требований к качественному уровню шерстяного сырья// Международная научно-практическая конференция «Стратегия развития пищевой и легкой промышленности». Материалы конференции, Алматы, 2004. с. 135-138

3. Гельфман М.И., Ковалевич О.В., Юстратов В.П. Коллоидная химия. 2-е изд., пер. - СПб.: Лань, 2004. - 336 с.

4. Абубакирова К.Д. Анализ состояния ПОШ в Казахстане //Тауар.-1996.- с. 20-21

5. Комарова Н.Р. Разработка технологии крашения шерсти на основе целенапрвленного ТВВ нового поколения. Дисс. канд. техн. наук.- Иваново, 2001. - 164 с.

6. Абубакирова К.Д., Мусабеков К.Б., Баранская Н.П. Пенообразование и моющее действие поверхностно-активных веществ при промывке шерсти // Легкая промышленность Казахстана. -1996. -№2. - С. 24-26.

Размещено на Allbest.ru