Вибілювання гіпохлоритом

Гіпохлорит був першим вибілювачем, який увійшов у хімічну технологію вибілювання. Однак на сьогодні гіпохлоритне вибілювання значною мірою втратило своє значення з причини ряду труднощів, до яких слід віднести: складність приготування вибілюючих розчинів гіпохлориту, їх нестабільність, а також небезпека пошкодження целюлозних волокон в умовах вибілювання. Крім того, вибілювання гіпохлоритом — низькопродуктивний періодичний процес, який протікає з виділенням хлоровмісних сполук і газоподібного хлору.

Але незважаючи на ці недоліки, гіпохлоритне вибілювання використовується на окремих підприємствах текстильної галузі.

Гіпохлорит натрію — це сіль сильної основи і слабкої кислоти і в водному розчині відбувається його гідроліз, у результаті чого виділяється хлорнуватиста кислота, яка визначає властивості гіпохлориту натрію:

NаСlO + Н₂О ↔ NаОН + НСlO (1)

У свою чергу, вільна хлорнуватиста кислота в розчині нестійка і може розкладатись:

2НСlO ↔ Cl₂O + Н₂O (2)

а при підкисленні розчинів гіпохлориту натрію соляною кислотою виділяється вільний хлор:

НСlO + НС1 ↔ Н₂O + С1₂ (3)

При цьому вибілюючий ефект знижується, а система починає проявляти хлоруючу дію. Паралельно протікає реакція з утворенням хлорнуватої кислоти, яка прискорюється з підвищенням температури:

ЗНОСІ → НсlO₃ + 2НС1 (4)

Доведена також принципова можливість дисоціації хлорнуватистої кислоти з утворенням катіону хлору:

НClO ↔ HO^- + Cl⁺ (5)

Існує багато підтверджень того, що вибілюючим агентом гіпохлоритного вибілювання є хлорнуватиста кислота, яка є нестійкою і розкладається з виділенням атомарного кисню, останній проявляє вибілюючу дію:

НОСІ ↔ НС1 + О (6)

При цьому утворюється соляна кислота, що проявляється в зниженні рН середовища при вибілюванні.

Це все свідчить про те, що реальна гіпохлоритна система при різних значеннях рН складна і нестійка, склад її в процесі використання вибілюючих розчинів постійно змінюється.

У сильно кислому середовищі (рН 1-3) переважає газоподібний хлор (С1₂), у сильно лужному (рН 9-14) - іон СlO^-. При проміжних значеннях рН 4-9 у розчині можуть переважати НС1О, С1₂О.

Таким чином, характер дії водних розчинів може суттєво змінюватись залежно від умов проведення технологічного процесу; залежно від величини рН окислювальним агентом можуть бути різні речовини.

У результаті взаємодії окислювача (NаСlO) з речовинами, які надають тканині буре забарвлення, залежно від умов можуть відбуватись різні реакції: окислення, хлорування і приєднання. Крім того, окислювач діє на супутні речовини целюлози: пектинові, окислюючи їх за альдегідними групами до органічних кислот; амінокислоти азотовмісних речовин і вищі жирні кислоти воскоподібних речовин хлоруються, утворюючи амінокислоти і хлорпохідні жирних кислот. Хлорується також і лігнін (якщо він присутній), у результаті утворюються хлорлігнінові кислоти.

При неправильному веденні процесу дія вибілювального розчину може поширитись на целюлозу, яка окислюється до оксіцелюлози.

Гіпохлорит є найсильнішим окислювачем серед усіх вибілювачів, які використовуються в текстильній промисловості. Його окислювальний потенціал знаходиться в межах 800-1400 мВ в інтервалі рН 3-11.

Забарвлені домішки целюлози руйнуються в результаті реакцій заміщення або приєднання за подвійними зв'язками, якщо вибілювання проводити в кислому середовищі.

На першій стадії реакції утворюється нестійкий комплекс, який далі перетворюється в стійку сполуку:

сполуки HC-Cl

жирного

ряду HC-OH

НС HC...ClOH

+ НОСl →

НС HC

сполуки C-Cl

ароматичного + H₂O

ряду CH

У лужному середовищі відбувається переважно реакція окислення:

НС HC

+ НОСl → O + HCl

НС HC

Дослідженнями встановлено, що найбільш висока білизна бавовняних матеріалів, вибілених гіпохлоритом натрію, отримується в лужному середовищі при рН 8,5—10,0. В кислому середовищі має місце другий максимум білизни, але при цьому виникає небезпека ослаблення целюлози. Найбільш безпечним є лужне середовище, в якому швидкість окислення целюлози тим нижча, чим вища лужність. Концентрація НОСІ в лужному середовищі невелика, але достатня для вибілювання, так як її витрати постійно поповнюються. В зоні рН 8,5-11,5 вона в основному реагує з домішками (пігменти, супутні речовини), які мають відновлювальні властивості, а не з самими, більш інертними до окислення, волокнами. В нейтральному і слабо кислому середовищі при високій концентрації НОСІ (рівняння 1) вона окислює і самі волокна. В слабо кислому середовищі, в якому вибілювання ефективне, і деструкція волокон невелика, вибілювати небажано, так як починає виділятись газоподібний хлор (рівняння 3). Його виділення посилюється в сильно кислому середовищі.

Висока окислювальна здатність розчинів гіпохлориту, яка проявляється не тільки стосовно до домішок, а й до самих волокон, обмежує сферу його використання (в основному целюлозні волокна) і жорстко регламентує умови використання гіпохлориту (рН 8,5-11,5, температура до З0 °С), в яких окислювальна деструкція волокон пригнічена.

Технологія вибілювання гіпохлоритом натрію достатньо проста. Тканину просочують при температурі не вище З0 °С лужним розчином NаСlO (рН 8,5-10,0), вміст активного хлору 0,5—3,0 г/л (активний хлор визначається виділенням хлору із гіпохлориту в кислому середовищі). При більш високій температурі відбувається самоокислення гіпохлориту з утворенням неактивного для вибілювання хлорату:

ЗNаСlO ↔ 2NаС1 + NаСlO₃

Оброблену тканину витримують 2-4 години в ямах-ящиках, потім промивають водою і обробляють слабким розчином сірчаної кислоти (1—5 г/л) з метою видалення непрореагованого NаОСІ:

2NаСlO + Н₂SO₄ → Na₂SO₄ + 2НС1О;

2НС1O → 2НС1 + О;

HClO + HCl ↔ Cl₂ + H₂O

Далі проводять ще два промивання водою, що сприяє повному видаленню кислоти з тканини і завершує цикл процесу вибілювання.

Перевагою періодичного класичного лужногіпохлоритного способу є висока якість вибілювання для широкого асортименту тканин. Основні недоліки способу: 1) тривалість процесу, 2) великий об'єм незавершеного виробництва, 3) значна деструктивна дія на целюлозу і 4) погіршення умов праці.