1.2 Красильно-отделочное производство

Текстильные материалы непосредственно после изготовления содержат различные примеси и загрязнения, их структура и внешний вид не соответствуют предъявляемым к ним требованиям. Они имеют ворсистую поверхность, плохо смачиваются водой. Такие материалы называют суровыми.

На отделочных предприятиях текстильной промышленности суровые текстильные изделия превращаются в готовую продукцию: бельевые, гладкоокрашенные или набивные ткани, обладающие улучшенными потребительскими свойствами [4]. Текстильный материал приобретает требуемую структуру и внешний вид, соответствующий его назначению. В некоторых случаях путем специальной обработки материалу придают особые свойства (несминаемость, безусадочность, водонепроницаемость, огнестойкость).

Таким образом, технология отделки суровых текстильных материалов состоит из многочисленных химических и физико-механических обработок. В зависимости от природы волокнистого сырья, вида материала и его назначения, характер и условия обработки могут меняться. Однако общая схема отделки различных текстильных материалов, в основном, одинакова и включает четыре основных технологических процесса (рисунок 4) [4].

Рисунок 4 – Схема красильно-отделочного цеха

Итак, первым этапом красильно-отделочного производства является подготовка тканей к крашению и печатанию. Для всех тканей подготовка начинается с приема и разбраковки суровья, выявления и устранения различных дефектов ткачества. Однако, в зависимости от вида ткани, данный процесс имеет некоторые особенности.

Так, при подготовке хлопчатобумажных тканей осуществляются следующие операции: опаливание, расшлихтовка, отваривание, мерсеризация, беление, ворсование [5].

Опаливание – процесс обработки суровой ткани на опаливающих машинах. Опаливающие машины представлены 2 типами:

1) на машинах первого типа ткань опаливается нагретыми до красного каления поверхностями плит, цилиндров, желобов;

2) на машинах второго типа - в открытом пламени газа.

При опаливании одиночные волокна, выступающие на поверхности ткани, обгорают и удаляются. В результате поверхность ткани очищается. Суровье, предназначенное для получения начесных и ворсовых тканей, и марля не опаливаются.

Расшлихтовка – удаление шлихты и части других естественных примесей для облегчения отваривания и беления в дальнейшем. Для расшлихтовки ткань замачивается в воде при температуре от 30 °С до 40 °С с добавлением кислот, щелочей, окислителей (с концентрацией от 1 г/л до 5 г/л) или ферментов [5]. При этом во влажной ткани происходит гидролиз крахмала. Расшлихтованная ткань становится мягче и лучше смачивается.

Отваривание применяется для удаления из ткани остатков крахмала и содержащихся в волокнах азотистых, жировосковых и пектиновых веществ. Оно выполняется в специальных варочных котлах, где ткань обрабатывается раствором, состоящим из едкого натра, бисульфита натрия (для предохранения целлюлозы от окисления кислородом воздуха), силиката натрия (для уменьшения адсорбции загрязнений из варочного раствора на ткань). Отваривание продолжается от 3 ч до 4 ч при температуре от 120 °C до 130 °С [5]. После отваривания ткань становится мягкой и лучше смачивается водой, но имеет серо-бурую окраску (более яркую, чем до отваривания).

Мерсеризация – обработка натянутой ткани 25%-ным раствором едкого натра при температуре от 15 °С до 18 °С, которая осуществляется от 30 с до 50 с (суровые неотбеленные ткани обрабатываются от 2 мин до 3 мин) [5]. После мерсеризации ткань становится шелковистой, блестящей, повышаются ее гигроскопичность и прочность. Мерсеризованные ткани хорошо окрашиваются, приобретая устойчивую и сочную окраску. Мерсеризовать ткани целесообразно после отваривания перед белением. В этом случае эффекты мерсеризации и беления наиболее устойчивы.

Беление разрушает и обесцвечивает вещества, придающие волокнам серо-бурую окраску. В качестве отбеливателей применяют хлор- или кислородсодержащие окислители: гипохлорит натрия NaClO, хлорит натрия NaClO2, пероксид водорода Н2О2.

Ворсование необходимо для получения начеса на ткани (фланель, бумазея). Основным рабочим органом ворсовальной машины является барабан, на поверхности которого расположено от 24 до 40 валиков. Во время работы ворсовальной машины барабан вместе с валиками совершает вращательное движение; кроме того, валики вращаются вокруг своей оси. Ткань, продвигаясь по барабану, касается игольчатой поверхности валиков. Иглы выдергивают кончики волосков из утка и расчесывают их в одну сторону (четные валики), а затем и другую сторону (нечетные валики). Для получения хорошего начеса ткань через ворсовальную машину пропускают несколько раз.

Подготовку к отделке льняных тканей обычно ведут по схеме хлопчатобумажного производства, но более осторожно, повторяя операции несколько раз. Это связано с тем, что льняное волокно, в отличие от хлопка, содержит больше сопутствующих веществ, в том числе лигнина, который плохо удаляется. В связи с этим, льняные ткани труднее поддаются отвариванию, белению и другим видам обработки. Кроме того, необходимо следить за тем, чтобы не разрушить технические волокна до элементарных и таким образом не ухудшить свойства ткани.

Льняные ткани часто вырабатывают из пряжи, уже частично отбеленной. С учетом этого разрабатывается и технология отделки. Схема технологического процесса очистки и подготовки к дальнейшей обработке льняных тканей следующая [5]:

1) опаливание;

2) расшлихтовка путем замачивания в теплой воде и вылеживания после этого в течение от 10 ч до 12 ч;

3) отваривание, повторяемое обычно два раза и выполняемое при более низкой концентрации щелочи, чем для хлопчатобумажных тканей;

4) беление, производимое комбинированным гипохлоритно-пероксидным способом.

Шерстяные ткани, в зависимости от вида используемой пряжи и способа выработки, подразделяют на камвольные (гребенные) и суконные. Подготовка суконных тканей несколько отличается от подготовки гребенных.

Так, опаливанию подвергают только гребенные ткани. Оно обычно выполняется на газоопаливающей машине.

Промывка применяется для суконных и гребенных тканей в целях удаления из ткани жира, шлихты и разных загрязнений. Ткани промывают водным раствором, содержащим синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ), соду.

Заваривание – обработка расправленной ткани кипящей водой от 20 мин до 30 мин с последующим охлаждением. В результате заваривания снимается напряжение волокон, возникшее при прядении, фиксируется положение волокон в пряже и на поверхности ткани. Заваривание предотвращает появление на ткани заломов. Эта обработка применяется, в основном, для гребенных тканей.

Валка используется для суконных и частично для гребенных тканей в целях уплотнения (усадки) их по основе и утку и образования на поверхности войлокообразного застила. Валку тканей выполняют на валяльной машине при температуре от 38 °С до 42 °С. Суконные ткани уваливают от 2 ч до18 ч, некоторые гребенные - от 20 мин до 40 мин [5].

После валки чистошерстяные ткани обрабатывают 3%-ным или 6%-ным раствором серной кислоты с последующим высушиванием (при температуре от 70 °С до 95 °С). Данную операцию называют карбонизацией. При карбонизации происходит химическое разрушение растительных примесей, оставшихся в ткани; шерстяные волокна при этом почти не повреждаются. Карбонизацию можно проводить также перед валкой или после крашения.

Ворсование применяется для тканей, вырабатываемых с ворсом (то есть суконных тканей). Его выполняют на барабанных шишечных или игольчатых ворсовальных машинах.

Ткани из натурального шелка при подготовке подвергают отвариванию (обесклеиванию). Их обрабатывают в мыльном растворе (при температуре от 90 °С до 95 °С) от 1 ч до 2 ч [5]. Ткани, выработанные из одной шелковой пряжи или из шелковой пряжи в сочетании с хлопчатобумажной пряжей, перед отвариванием опаливают на газоопаливающей машине.

При отваривании волокна освобождаются от серицина и различных примесей. После отваривания ткань становится значительно мягче, приобретает ровный белый цвет с кремовым оттенком и в дальнейшем легко и равномерно окрашивается в различные цвета.

Ткани из искусственных и синтетических волокон не имеют естественных примесей и содержат, в основном, легкосмываемые вещества: шлихту, мыло, минеральное масло. Подготовка к отделке и очистка тканей из искусственных волокон заключаются в отваривании этих тканей в специальных аппаратах без натяжения. Для придания тканям белизны в процессе отваривания применяют пероксидную обработку.

Ткани из синтетических волокон промывают (при температуре от 70°С до 80°С) в мыльном растворе, а затем стабилизируют. В процессе стабилизации ткань в расправленном состоянии при натяжении и фиксированной ширине подвергается кратковременному действию высокой температуры (от 30 с до 50 с) в водной, воздушной или паровой среде, а затем охлаждается холодным воздухом. Температура стабилизации устанавливается в зависимости от вида волокнообразующего полимера (от 190 °С до 215 °С), причем она обязательно должна быть выше температуры технологической обработки или эксплуатации материала из этого полимера, но ниже температуры его размягчения. Стабилизация является важной технологической операцией, обеспечивающей формирование структуры и свойств материала. При стабилизации создаются условия, благоприятные для развития релаксационных процессов и снятия внутренних напряжений в материале. Ткань после стабилизации хорошо сохраняет линейные размеры и форму.

Следующим этапом красильно-отделочного производства является крашение, которое в свою очередь состоит из нескольких стадий. Крашение - процесс нанесения красителя на текстильный материал. В результате крашения материал изменяет свой цвет, а волокна прочно удерживают окрашивающее вещество.

Согласно современной теории, процесс крашения состоит из следующих стадий [5]:

1) перемещение красителя в красильном растворе к поверхности волокна;

2) сорбция красителя поверхностью волокон;

3) диффузия красителя в структуру волокна;

4) фиксация красителя на волокне.

В период погружения текстильного материала в раствор красителя отдельные молекулы или ионы красителя адсорбируются на внешней поверхности волокон. Затем, одновременно с адсорбцией, происходят медленная диффузия красителя внутрь волокон и его фиксация на их внутренней поверхности. Чем меньше размер частиц красителя и больше набухает волокно, тем скорее частицы красителя проникают внутрь волокна.

Крашение текстильных материалов является сложным процессом, который зависит от ряда факторов (структуры материала, вида волокна, диффузионной способности красителя, добавок электролита, температуры красильной ванны). Текстильные материалы окрашиваются, главным образом, синтетическими красителями, которые обеспечивают глубокую и прочную окраску, безвредны для человека, не ухудшают свойств волокон.

Применяют следующие группы красителей:

1) группа растворимых в воде красителей;

2) группа нерастворимых в воде красителей;

3) группа красителей, образующихся на волокне.

В первую группу входят следующие классы красителей: прямые, кислотные, активные, катионные. Ко второй группе относятся кубовые, сернистые, дисперсные красители. Третья группа объединяет азоидные красители и черный анилин.

Прямые красители окрашивают целлюлозные, полиамидные и шелковые волокна. Они обеспечивают яркую, но неустойчивую к мокрым обработкам и свету окраску. Для повышения устойчивости окраски применяется обработка закрепителями.

Кислотные красители окрашивают белковые и полиамидные волокна. Они обеспечивают яркую, но неустойчивую к свету, стирке и трению окраску. Устойчивость окраски белковых и полиамидных волокон кислотно-протравными (хромовыми) красителями значительно выше, чем при кислотном крашении, однако прочность волокон немного снижается.

Активные красители содержат активные группы, обладающие способностью вступать в химическое взаимодействие с волокнообразующим полимером и образовывать прочные химические (ковалентные) связи. Они окрашивают целлюлозные, белковые, полиамидные волокна. Окраска получается яркой и устойчивой к мокрым обработкам, трению и свету.

Катионные красители применяют для крашения синтетических волокон, в особенности полиакрилонитрильных. Благодаря гидрофобности синтетических волокон, светостойкость катионных красителей на них гораздо выше, чем на белковых и целлюлозных, при сохранении большой яркости и насыщенности тона [6].

Кубовые красители путем восстановления переводят в водорастворимые натриевые соли лейкосоединений, которые легко усваиваются волокнистым материалом. Далее лейкосоединение под действием кислорода воздуха или другого окислителя непосредственно на волокне переходит в исходный краситель. Кубовыми красителями окрашивают целлюлозные волокна, получая широкую гамму цветов и оттенков. Образуется устойчивая яркая окраска.

Сернистые красители, как и кубовые, восстанавливают в натриевую соль лейкосоединения. Натриевая соль хорошо избирается волокном, после окисления на волокне она переходит в нерастворимое исходное состояние. Сернистыми красителями окрашивают целлюлозные волокна. Цвет окраски тусклый, устойчивость невысокая. При длительном хранении ткани, окрашенные сернистыми красителями, немного теряют прочность вследствие распада красителя и образования серной кислоты.

Дисперсные красители применяют в виде суспензий или дисперсий. Частицы красителя диффундируют в структуру волокон, где удерживаются силами межмолекулярного взаимодействия. Дисперсными красителями окрашивают полиамидные, полиэфирные и ацетатные волокна. Образуется окраска, устойчивая к мокрым обработкам, но недостаточно устойчивая к свету.

Азоидными красителями окрашивают целлюлозные волокна. Окрашивание выполняется синтезом красителя непосредственно на волокне – сочетанием азо– и диазосоставляющих (азотола и диазосоли). Образуется окраска, устойчивая к мокрым обработкам.

Черный анилин окрашивает хлопчатобумажные ткани в черный цвет. Применяется редко, так как процесс получения красителя трудоемкий, а при крашении выделяются токсичные вещества.

Следующим этапом красильно-отделочного производства является печатанье тканей, хотя принципиальной разницы между крашением и печатанием, с точки зрения механизма взаимодействия красителя с субстратом, нет. Однако, существуют различия в требованиях, предъявляемых к красителям для печатания и крашения. Водорастворимые красители должны иметь высокую растворимость, а нерастворимые – высокую дисперсность, так как концентрация красителя для печатания должна быть значительно выше, чем в красильной ванне.

В состав краски для печатания входят краситель, загуститель (крахмал, декстрин, акриловая эмульсия) и вспомогательные вещества (катализатор) [7]. От загустителя зависит степень фиксации красителя, четкость контура рисунка, устойчивость окраски и гриф текстильного материала. Фиксация красителей на волокне при печатании происходит, как правило, при более высоких температурах и в более жестких условиях, чем при крашении. Для печатания можно использовать те же классы красителей, что и для крашения, однако практически используются только красители, имеющие высокую устойчивость к мокрым обработкам, так как после фиксации красителя требуется тщательная промывка.

По хлопчатобумажным и вискозным тканям печатают преимущественно кубовыми и активными красителями, кубозолями, компонентами, образующими красители на волокне, и пигментами; для вискозных тканей используют также в небольшом количестве прямые красители с закреплением дициандиамидом. Сернистые красители, широко применяемые в крашении целлюлозных тканей, для печатания не применяются. По льняным тканям, а также по хлопчатобумажным и вискозным трикотажным полотнам печатают активными и кубовыми красителями, а также пигментами; по шерстяным тканям – активными и кислотными красителями; по ацетатным, триацетатным, полиэфирным тканям и трикотажу – только дисперсными красителями; по полиамидным – кислотными, активными и дисперсными красителями; по полиакрилонитрильным – катионными красителями. Наиболее универсальны для печатания на всех текстильных материалах пигменты, которые не имеют сродства к субстратам и фиксируются вместе с загустителем с помощью специального вещества - фиксатора, что исключает промывку.

Известны прямой, вытравной, резервный и переводной способы печатания [7]. В наиболее простом и распространенном - прямом печатании - краситель наносят на бесцветный или окрашенный материал с помощью гравированных валов или сетчатых шаблонов с последующим высушиванием и фиксацией красителя в паровой среде или сухим теплом (инфракрасное облучение или сухой горячий воздух). Этот способ печатания используется для всех текстильных материалов.

При вытравном печатании по ткани, полностью окрашенной красителем, который легко разрушается под действием окислителей и восстановителей, печатают вытравным составом (веществом, разрушающим краситель, с различными добавками). Если в состав краски для печатания ввести краситель, устойчивый к вытравному составу, вытравка получается цветной. Вытравное печатание чаще всего используют по хлопчатобумажным тканям, окрашенным прямыми или активными красителями (для цветной вытравки используют кубовые красители), а также по тканям из ацетилцеллюлозных и полиэфирных волокон, окрашенных дисперсными красителями.

При резервном печатании на бесцветную ткань наносят рисунок с помощью цветной или бесцветной резервной краски, в состав которой входят загуститель и резервирующее вещество (некоторые СПАВ), препятствующее фиксации красителей, применяемых для крашения; затем материал окрашивают. Резервное печатание используют, в основном, на целлюлозных тканях.

При переводном печатании рисунок сначала наносят на подложку (чаще всего на бумагу), а затем переносят с подложки на ткань под термопрессом или на горячем каландре. Переводное печатание применяют преимущественно для полиэфирных, ацетилцеллюлозных и полиамидных материалов.

Печатание хлопчатобумажных, льняных и некоторых шелковых тканей осуществляют на машинах с гравированными валами. Для печатания шерстяных, большинства шелковых тканей и трикотажа используют сетчатые шаблоны – плоские и круглые. Плоскими шаблонами печатают вручную на столах или на специальных машинах, а более производительными и дающими высокий колористический эффект являются машины с круглыми шаблонами.

Последним этапом красильно-отделочного производства является заключительная отделка. После предварительной подготовки, крашения и печатания ткани вытянуты по основе, ширина их уменьшена и неравномерна, поверхность покрыта многочисленными складками. Цель заключительной отделки - устранить недостатки ткани и улучшить ее свойства.

Основными процессами заключительной отделки ткани являются аппретирование, ширение и глажение (каландрование).

В ходе аппретирования на ткань наносят аппрет с целью придания ей плотности, жесткости или мягкости, лучшей белизны, блеска и других свойств, улучшающих качество ткани и увеличивающих ее износостойкость. В зависимости от строения и назначения ткани, в состав аппрета могут входить различные вещества [8]:

1) клеящие вещества, придающие ткани плотность, жесткость, упругость, гладкость: крахмал, продукты его гидролиза (декстрин, растворимый крахмал), карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), полиэтиленовая эмульсия;

2) смягчающие вещества, придающие ткани эластичность: ализариновое масло, мыло (олеиновое или стеариновое), синтетические вещества;

3) гигроскопические вещества, придающие ткани влажность: поваренная соль, глицерин, патока;

4) вещества, улучшающие белизну ткани: ультрамарин, прямые белые красители;

5) антисептики, придающие ткани устойчивость к плесени: формалин, борная или салициловая кислота;

6) вещества, придающие ткани стойкость к загрязнению, истиранию и смятию: кремнийорганические препараты.

Наносят аппрет с помощью крахмальных плюсовок с обеих сторон ткани или только с одной (например, при аппретировании вельвета). После этого ткань поступает на сушильные барабаны или сушильно-ширильную машину.

Ширение – это процесс придания тканям стандартной ширины и устранения перекосов. Предварительно увлажненная ткань поступает на ширильную цепную машину, которая представляет собой систему двух бесконечно двигающихся цепей, состоящих из отдельных звеньев (клупп). Клуппы захватывают и удерживают ткань по кромкам при движении. Цепи при движении несколько отдаляются друг от друга, и, вследствие этого, захваченная клуппами ткань растягивается по ширине. При ширении уточные нити растягиваются и слегка изгибают сильно вытянутые нити основы; при этом длина ткани несколько сокращается. Кроме того, если в ткани наблюдается перекос утка по отношению к кромке, то при увеличении или уменьшении скорости движения одной из цепей уток выпрямляется.

Каландрование – это процесс разглаживания тканей и придания им некоторого блеска. Процесс осуществляется на каландрах, которые состоят из нескольких чередующихся металлических и наборных валов (от 2 до 8). Наборные валы изготовляют из картона или текстильных материалов, они обладают твердой, но упругой поверхностью, благодаря чему ткань, проходя между металлическими и наборными валами, не раздавливается, а лишь разглаживается. Металлические валы обычно обогреваются паром. Степень каландрования зависит от вида и назначения ткани и конструкции каландра. Наибольшее применение имеют каландры отделочные трехвальные. Если ткань пропускать через каландр при одинаковой скорости валов, получается матовая отделка ткани. Если ткань пропускать через каландр с увеличенной скоростью вращения металлического вала, получается глянцевая отделка ткани. На этом процесс заключительной отделки тканей завершается.

Таким образом, красильно-отделочное производство является одним из сложных производств текстильной промышленности, требующее для своего функционирования большое количество воды, которая в свою очередь требует эффективной очистки для последующего сброса в систему канализации.