Физико-химическое обоснование и разработка технологии подготовки хлопчатобумажной ткани с использованием кремнийсодержащих соединений

В современных условиях интенсификации производства и создания конкурентно способной продукции главной тенденцией отделочной отрасли промышленности является повышение качества выпускаемых текстильных материалов в условиях высокой производительности труда, энергосбережения и экологии.

Одним из важнейших факторов резкого улучшения качества текстильных материалов является совершенствование стадии подготовки тканей к последующему колорированию и заключительной отделке. Повышение качества выпускаемой продукции в процессе предварительной подготовки тканей связано с разработкой высокоэффективных технологий с использованием новых химических и физических способов интенсификации протекающих процессов. Современным направлением совершенствования технологии подготовки ткани является совмещение отдельных стадий, унификация технологии, использование эффективных интенсификаторов и катализаторов процессов очистки тканей, а также физических способов воздействия на текстильный материал.

Операция отваривания хлопчатобумажных тканей является одной из наиболее важных, так как практически все природные и технологические примеси подвергаются в щелочной среде различным воздействиям. По существу данная операция является комплексной, в связи, с чем в состав варочной ванны вводятся различные по своему воздействию компоненты. Использование различных видов кремнийсодержащих соединений, а именно силикатов, приводит к адсорбции на поверхности кремнезёма удаляемых загрязнений и ионов металлов содержащихся на ткани и оборудовании. Существенным недостатком таких антиресорбентов и одновременно стабилизаторов как силикаты является образование осадков в водно-щелочных растворах,. содержащих соли жёсткости. Это связано с тем, что присутствующий в технологических растворах кальций в виде Са2+, СаОН4″, Са (ОН)2 адсорбируется на поверхности кремнезёма, тем самым перезаряжая её и являясь причиной коагуляции.

Однако данная проблема решаема — путём введения в растворы комплексообразующих препаратов, одним из наиболее перспективным классом, которых являются органофосфоновые комплексоны. Так, по способности стабилизировать силикат натрия в растворе органические фосфонаты занимают первое место. При использовании фосфорорганических комплексообразующих соединений в процессе варки хлопчатобумажных тканей происходит связывание ионов кальция и магния, которые дают нерастворимые осадки, и ионов железа и меди, которые при последующем белении могут проявить себя как катализаторы распада пероксида водорода.

Одним из наиболее «узких» мест пероксидного беления текстильных материалов является неустойчивость пероксида водорода, в связи с чем в отбельную ванну добавляют силикат натрия. При несомненном достоинстве этого стабилизатора силикат может постепенно откладываться на поверхности ткани и оборудования, вызывая «непрокрас» и острые силикатные осадки не растворяясь ни в одном из растворителей. Стабилизирующий эффект силикатов при белении текстильных материалов связан с наличием в растворе свежеосажденного осадка кремнегеля, обладающего высокоразвитой поверхностью и характеризующегося высокой адсорбционной способностью по отношению к катализаторам, присутствующим в отбеливающем растворе. Как и на стадии отваривания для растворения силикатных осадков в пероксидном беление текстильных материалов применяются различные классы комплексообразующих соединений. Выбор комплексона зависит не только от осадков на ткани и оборудовании. Особенностью комплексообразующих соединений класса органофосфонатов (ОЭДФ) является то, что они в отличие от аминокарбоксилатов (ЭДТА) и оксикарбоксилатов помимо комплексообразующих свойств обладают способностью к диспергированию и суспендированию загрязнений, дают эффект коагуляции подобно полифосфатам.

Актуальность темы

выбранного направления исследования в условиях инновационных экономических подходов к решению сложившихся условий в отечественной отрасли отделочного производства является в разработке принципиально новой, экологически безопасной технологиидающей высокое качество и экономических эффективность выпуска конкурентно способной текстильной продукции.

Цель работы состояла в комплексном изучение физико-химических процессов протекающих на стадиях окислительной расшлихтовки, щелочного отваривания и пероксидного беления хлопчатобумажной ткани с применением таких кремнийсодержащих соединений как силикаты в сочетании с различными по природе комплексообразующими препаратами и исследованием влияния на протекающих процессов сопутствующих физико-химических параметров и разработке на этой основе высокоэффективной интенсифицированной технологии подготовки целлюлозных текстильных материалов.

Научная новизна.

Впервые изучено влияние комплексообразующих соединений. на качественные показатели хлопчатобумажной ткани в операциях окислительной расшлихтовки, щелочного отваривания и пероксидного беления и на последующие процессы крашения активными красителями. Теоретически и экспериментально обоснована целесообразность использования оксиэтилидендифосфоновой кислоты (ОЭДФ) в качестве комплексообразующего и силикаторастворяющего агента в операциях подготовки с целью получения качественной и конкурентоспособной продукции с высокими потребительскими свойствами.

Наиболее существенные результаты в работе:

• выявлены основные закономерности совместного действия кремнийсодержащих соединений на основе силикатов и комплексообразующих препаратов различного типа на качество окислительной расшлихтовки, щелочного отваривания и пероксидного беления хлопчатобумажной ткани;

• исследован физико-химический механизм взаимодействия силикатов натрия с фосфорорганических комплексообразующими препаратами в процессах беления целлюлозных текстильных материалов;

• предложены принципиально новые интенсифицированные комплексные технологии подготовки, разработанные на основе изучения физико-химических параметров протекающих процессов в зависимости от типа композиций силикатных препаратов и комплексообразующих соединений;

• разработаны основные параметры технологии окислительной расшлихтовки, щелочного отваривания и пероксидного беления хлопчатобумажной ткани направленные на улучшение колористических и эксплуатационных показателей в последующих процессах крашения подготовленного текстильного материала активными красителями.

Практическая значимость.

На основании полученных экспериментальных данных разработаны интенсифицированные технологии дающие не только возможность повысить качество, экономическую эффективность и экологическую безопасность выпускаемой продукции в процессах подготовки хлопчатобумажной ткани, с учётом протекающих физико-химических механизмов данных процессов, но и учитывают влияние на качество последующих процессов крашения подготовленного текстильного материала ориентированы на создание общий технологии для конкретного случая заложенного в базисе цикла подготовкакрашение.

Структура и объем диссертационной работы.

Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, методической части, экспериментальной части, выводов и списка литературы.

ВЫВОДЫ.

1. Изучено влияние кремнийсодержащих соединений, таких как различные виды силикатов, на процессы подготовки хлопчатобумажной ткани. Выявлена зависимость между применяемым видом силикатов и качественными показателями на стадиях окислительной расшлихтовки, щелочной отварки истадии пероксидного беления. Исследовано совокупное действие различного. типа силикатов в сочетание с комплексообразующими препаратами различной природы. Определена эффективность действия комплексонов аминокарбоксилатного и органофосфонового ряда на различных стадиях подготовки хлопчатобумажной ткани.

2. Изучено влияние кремнийсодержащих соединений в сочетании с применением комплексообразующих препаратов и представлен выбор наиболее оптимальных композиций и физических параметров дающих максимальную эффективность протекающих процессов на стадии окислительной расшлихтовки. Определены оптимальные добавки комплексообразующих соединений ориентированные на повышения качества расшлихтовки, в зависимости ' от типа силикатов, на стадии окислительной расшлихтовки, составляющие при использовании: метасиликатов натрия — ОЭДФ — 0,5 г/л, Трилон Б — 5,0 г/лжидкое стекло — ОЭДФ — 0,5 г/лТрилон Б -1,0 г/лпричем эффективность действия ОЭДФ выше эффективности Трилона Б. Экспериментально подтверждено преимущество окислительного способа расшлихтовки над биотехнологическим по качественным показателям расшлихтованной хлопчатобумажной ткани. Показано, что применением таких кремнийсодержащих соединений как силикаты в сочетании с комплексонами позволяет не только повысить качественные показатели расшлихтованной хлопчатобумажной ткани, но и сократить время стадии запаривания, что повышает рациональность разработанной технологии. .

3. Исследовано влияние применения силикатных антиресорбентов в сочетании с применением комплексообразующих препаратов и представлен выбор наиболее оптимальных композиций варочных растворов и физических параметров дающих максимальную эффективность протекающих процессов щелочной отваркиопределены оптимальные добавки комплексообразующих препаратов составляющие при использование: метасиликатов натрия (ХЦМ = 1/1) -ОЭДФ — 3,0 г/л или Трилон Б — 0,5 г/лв случае применения силикатов натрий с ЩМ = 1/3 — ОЭДФ — 5,0 г/л или Трилон Б — 5,0 г/лпричем эффективность действия органофосфоновых комплексонов значительно выше эффективности' аминокарбоксилатных препаратов типа Трилона Б не зависимо от типа силиката. Установлено преимущество влияния использования силикатов натрия с. повышенным ЩМ на качество щелочной отварки. Исследована кинетика. щелочного отваривания хлопчатобумажной ткани с применением различного! рода силикатных стабилизаторов и добавок комплексообразующих препаратов показавшая возможность сокращения времени стадии запаривания, что позволяет рационализировать стандартную технологию. Выявлено влияние • природы ПАВ в процессах щелочной отварки и установлено, что по: своей эффективности ПАВ располагаются в следующий ряд по возрастанию:' КЛАВ — без ПАВ — НПАВ — АПАВданная тенденция характерна для: всех исследованных силикатных антиресорбентов в сочетании с добавками комплексообразующих препаратов.

4. Исследовано, влияние применения силикатных стабилизаторов в сочетании с комплексообразующими препаратами и представлен выбор наиболее оптимальных композиций и физико-химических параметров для белящих растворов дающих максимальную эффективность протекающих процессов пероксидного беления и наилучшие качественные показатели отбеленной хлопчатобумажных тканей. Выявлены оптимальные добавки комплексообразующих препаратов ориентированные повышения качества: пероксидного беления составляющие в случае использование: метасшшкатов натрия (ЩМ = 1/1) — ОЭДФ -1,0 г/л или Трилон Б — 3,0 г/лв случае применения силикатов натрия с ЩМ = 1/3 — ОЭДФ — 3,0 г/л или Трилон Б — 3,0 г/лэффективность действия ОЭДФ значительно выше эффективности Трилона Б не зависимо от типа силиката. Установлено преимущество использования силикатов натрия с низким ЩМ на качество пероксидного беления хлопчатобумажной ' ткани. Выявлено, что путём применения предложенной композиции сочетания силикатных стабилизаторов и выбранных комплексообразующих. препаратов можно добиться снижения времени стадии запаривания до 40 мин: Определено влияние и получены оптимальные концентрации пероксида водорода и щелочного активатора на качество беления хлопчатобумажной ткани. в случае применения разработанной интенсифицированной технологии пероксидного1 беления. Изучено влияние природы ПАВ в процессах пероксидного беления и установлено, что по своей эффективности ПАВ различной природы располагаются. в следующий ряд по её возрастанию: КЛАВ — без ПАВ — НПАВ — АПАВданная тенденция характерна для всех исследованных силикатных стабилизаторов пероксида водорода в сочетании с добавками комплексообразующих препаратов. 5. Проведена оценка эффективности способности растворения силикатных осадков комплексообразующими препаратами различной природы.. Установлено, что силикатрастворяющее действие комплексона класса органофосфонатов ОЭДФ в 20 раз выше, чем у аминокарбоксилатного комплексона Трилона Б. Определено молярное соотношение комплексен ОЭДФ: СаБЮг при их взаимодействии, составляющее 1:4.

6. Исследован физикогхимической механизм' взаимодействия силикатов натрия, с фосфорорганических комплексообразующими препаратами.. Разработана методика выделения продукта взаимодействия силиката, натрия с комплексоном ОЭДФ из водного раствора. Подтверждено качественным реакциям и спектрофотометрическими методами исследования, что продукта ¦ взаимодействия силиката натрия с комплексоном ОЭДФ является кремнефосфорной гетерополикислотой. Установлено, что химическое взаимодействие между силикатом натрия и ОЭДФ происходит в щелочной среде. Определено, что при использовании фосфорорганических комплексонов в растворах содержащих такие кремнийсодержащие соединения, как сил икать! реализуется сопряжённый механизм высвобождения метакремниевой кислотой от ионов металлов и ее связывание с ОЭДФ в растворимую гетерополикйслоту.

7. Проведена оценка влияния качества подготовки хлопчатобумажной ткани с' использованием кремнийсодержащих соединений в сочетание с: колшлексообразующими препаратами на накрашиваемость хлопчатобумажныхтканей различными классами активных красителей. Выявлена зависимость между накрашиваемостью и применением комплексообразующих соединений в. операциях подготовки. Установлено, что накрашиваемость хлопчатобумажных' тттйей. выше в случае подготовки с ОЭДФ. Определено, что в случае, крашения активными красителями можно сократить время стадии фиксации красителя на' волокне ткани, подготовленной с ОЭДФ и Трилон Б, примерно в1!4 раза.

• 8. Разработанная технология подготовки хлопчатобумажных, тканей направлена на повышение устойчивости окраски ко всем видам обработок, прекращении активными красителями. Выявлено, что классы активных красителей, по снижению прочностных показателей окраски ткани подготовленной с учётом ' разработанной технологии располагаются в следующий ряд: мрцохлортриазиновые — дихлортиазиновые — оксиэтилсульфоновые. ;

9. Исследовано содержания красителя на волокне' хлопчатобумажной ткани подготовленной по интенсифицированной технологии и окрашенной различными классами активных красителей. Установлено, что при крашении, ткани подготовленной с ОЭДФ оксиэтилсульфоновыми красителями можно сократить длительность крашения на стадии фиксации красителя. Выявлено, что классы активных красителей по снижению содержания красителя на волокне при использовании в крашении подготовленной ткани с использованием ОЭДФ молено разложить в ряд: — дихлортиазиновце^: монохлортриазиновые — оксиэтилсульфоновыев случае применения, в. подготовке аминокарбоксилатных препаратов складывается следующая-тенденция: дихлортиазиновые — монохлортриазиновые — оксиэтилсульфоновые. 1.