Вибілювання хлоритом натрію

Мета: вивчити вибілювання хлоритом натрію, основні терміни.

План:

1. Вибілювання хлоритом натрію.

Хлорит натрію використовується для вибілювання целюлозних волокон, незамінний вибілювальний засіб для синтетичних матеріалів (поліамідних, поліефірних, поліакрилонітрильних). Зацікавленість використання хлориту пов'язана з тим, що його активна дія направлена на супутники целюлози і забарвлюючі домішки.

Дія розчинів хлориту на целюлозу і небезпека її пошкодження значно нижча, ніж гіпохлориту натрію. Це пояснюється значно меншим значенням окислювального потенціалу (700 мВ).

Таким чином, основними перевагами хлориту є: 1) практично повна відсутність окислювальної деструкції целюлози, 2) висока швидкість вибілювання, 3) руйнування хлоритом не тільки забарвлюючих домішок, а й інших супутніх речовин целюлози (особливо лігніну).

Хлорит натрію (NаСlO₂) відомий ще з минулого століття, однак, його промислове використання як вибілюючого препарату почалось у тридцяті роки XX століття.

Хлорит відноситься до окислювачів м'якої дії, що дозволяє з його допомогою отримувати хороші ефекти білизни на текстильних матеріалах, при цьому самі волокна пошкоджуються мало. Ця властивість хлориту робить його конкурентоспроможним стосовно до пероксиду водню, а особливо до гіпохлориту.

Водночас використання хлориту пов'язано з певними труднощами. Його розчини відзначаються сильною корозійною дією до металів, а продукти його перетворення, передусім діоксид хлору, — токсичні газоподібні речовини. Ці дві обставини стримують більш широке впровадження хлориту в практику вибілювання текстильних матеріалів, так як вони пов'язані з необхідністю створення спеціального обладнання з хорошою герметизацією і стійкістю до корозії деталей машин, контактуючих з розчинами хлориту. Останні повинні виготовлятися із сталі спеціальних марок з високим вмістом титану.

Більш низький окислювальний потенціал хлориту зумовлює його селективну окислювальну дію. Відомо, що в полісахаридах, у тому числі в целюлозі, він здатний окислювати лише кінцеві альдегідні групи до карбоксильних, не окислюючи гідроксильні. Ця селективність зберігається за певних умов (рН 3-5). У більш кислих і лужних розчинах хлориту при тривалій дії спостерігається окислення гідроксильних груп до карбоксильних.

Хлорит натрію — це сіль хлористої кислоти (КаС1О₂), яка виділяється при гідролізі його водних розчинів:

NаСlO₂ + Н₂O ↔ NаОН+НСlO₂

Хлориста кислота розкладається з утворенням атомарного кисню, який виявляє вибілюючу дію:

НСlO₂ → НС1 + 2О

Поряд з основною реакцією при температурі 60-100 °С залежно від рН розчину відбуваються другорядні (побічні) реакції:

5НСlO₂ ↔ 4СlO₂ + НС1 + 2Н₂О

Ця реакція протікає при надлишку кислоти і супроводжується виділенням газоподібного токсичного діоксиду хлору.

Друга реакція здійснюється в нейтральному середовищі і при пониженні рН стає переважаючою. Однак значення її менше, ніж попередньої реакції:

ЗНСlO₂ ↔ НClO₃ + НС1

Третя реакція стає помітною лише при рН 2,5 і нижче:

СlO₂ → СІ + 2О

При таких низьких значеннях рН може відбуватися значне послаблення волокна.

Управління процесом вибілювання здійснюється варіацією трьох факторів: рН, температурою і тривалістю.

Приведені хімічні реакції свідчать про те, що процес вибілювання хлоритом натрію необхідно будувати таким чином, щоб за можливості уникнути виділення токсичного СlO₂ і водночас досягти максимальної вибілюючої здатності хлориту. Це завдання вирішується шляхом використання спеціальних активаторів. Ними можуть бути складні ефіри, які в умовах вибілювання (висока температура) здатні обмилятись і виділяти органічні кислоти (оцтову, мурашину):

R СООR' + Н₂O → R СООН + R'ОН

До ефірів-активаторів відносяться форміати, оксалати. Знаходять використання також солі амонію з різними кислотами. Вони при високій температурі розщеплюються з виділенням летючого аміаку і відповідної кислоти.

За рахунок поступового і обмеженого виділення при гідролізі ефірів органічних кислот протягом усього процесу вибілювання рН підтримується на постійному рівні, що попереджає бурхливе виділення діоксиду хлору та інших окислювачів, які витрачаються головним чином на взаємодію з домішками волокон, а не самими волокнами. Однак на практиці часто як активатори хлоритного вибілювання використовують більш дешеві і доступні органічні кислоти (оцтова, мурашина). В зв'язку з цим потрібно вирішувати проблему боротьби з токсичним діоксидом хлору, що спричиняє корозію обладнання.

Одним із способів боротьби є введення в кислі розчини хлориту пероксиду водню, який зв'язує діоксид хлору:

2СlO₂ + Н₂O₂ → 2НСlO₂ + O₂

У результаті утворюється вибілюючий агент — хлориста кислота.

Технологія хлоритного вибілювання будується з урахуванням особливостей цього процесу. При хлоритному вибілюванні відбувається видалення воскоподібних речовин (хоч і незначне). Вони окислюються до форми, легкорозчинної в гарячих лужних розчинах. Це дозволяє здійснювати хлоритне вибілювання за безперервною схемою без трудомісткої операції відварювання. Однак для надання матеріалу високої гігроскопічності хлоритне вибілювання необхідно доповнювати попередньою і заключною короткочасними обробками гарячими розчинами кальцинованої соди (3—5 г/л) з добавкою ПАР (1—3 г/л) і поліфосфату (1-3 г/л).

При періодичному способі підготовка з вибілюванням хлоритом бавовняних тканин у формі джгута включає таку послідовність операцій: 1) опалювання, 2) розшліхтовування, 3) промивання, 4) вибілювання, 5) заключне промивання з ПАР і кальцинованою содою і 6) знову промивання у воді.

Вибілювальний розчин містить: 1-2 % (від маси матеріалу) хлориту натрію, 1-2 г/л змочувача (ПАР) і оцтову кислоту (до рН 4). Вибілювання проводять протягом 2-3 год. при температурі 80 °С.

При використанні безперервних способів вибілювання хлоритом концентрацію вибілювача в розчині підвищують до 10-15 г/л активного хлору. Тканину просочують гарячим розчином, що вміщує, г/л:

хлорит натрію — 15;

нітрат натрію — 10;

ПАР — 3;

активатор — моноамонійний фосфат — 7.

Нітрат натрію інгібірує корозійну дію розчинів хлориту.

Далі тканину віджимають до 100 %-ного приросту і обробляють в запарній камері протягом 1—2 год. при температурі 101—103 °С, промивають гарячим розчином кальцинованої соди з додаванням ПАР (5 г/л). Така обробка забезпечує достатню білизну і капілярність тканин, які направляють на фарбування.