книги из ГПНТБ / Петерс, Р. Х. Текстильная химия. Очистка текстильных материалов от загрязнений

Для достижения хорошего эффекта мерсеризации необходимо, чтобы концентрация щелочи была более 14%. Повышение темпе­ ратуры вызывает уменьшение усадки; на практике обычно рабо­ тают при комнатной температуре, применяя установку водяного охлаждения.

2. МЕРСЕРИЗАЦИЯ ПРЯЖИ ПОД НАТЯЖЕНИЕМ

До мерсеризации пряжу опаливают для удаления поверхност­ ных волоконец, которые органически не связаны со структурой пряжи, и поэтому выступают на поверхности.

Мерсеризации можно подвергать как сухую, так и влажную пряжу; в последнем случае пряжу подают на мерсеризацию после предварительной отварки. При обработке влажной пряжи очень важно, чтобы большую часть воды извлекали из нее до мерсе­ ризации, поскольку излишек воды будет разбавлять раствор ед­ кого натра. Кроме того, вода из пряжи должна быть извлечена равномерно, так как неравномерное распределение ее может вы­ звать разницу в набухании во время мерсеризации, и пряжа после мерсеризации будет отличаться неравномерной сорбцией краси­ теля.

Для мерсеризации основы пряжу подают на установку, где об­ рабатывают 300—400 параллельных нитей основы длиной 6000— 9144 м, смотанных в цилиндрические навои. Для получения хоро­ ших результатов очень важно, чтобы отдельные концы были на­ мотаны как можно ближе друг к другу при одинаковом натяже­ нии, что обеспечивает получение однородного изделия. При этом пряжа должна равномерно вступать в контакт с раствором щелочи, концентрация которой должна быть одинаковой и достаточно вы­ сокой для обеспечения требуемой степени набухания.

Возникает проблема — смачивание хлопка в суровом виде, для обеспечения которого используют обработку основы в кипящей воде с. последующим охлаждением и отжимом до погружения в раствор едкого натра. Для сокращения длительности обработки можно ввести в щелочной раствор смачивающий агент, ускоряю-

121

щий процесс смачивания и, следовательно, способствующий равно­ мерному распределению воды в пряже. Концентрация щелочи со­ ставляет 20—30%, температура 15—20°С. По выходе из раствора едкого натра волокно отжимается и обрабатывается в теплой воде, в результате чего оно уменьшает свои размеры. Последующая об­

водой. Обычно затем пряжу высушивают в воздушной сушилке. Мерсеризованная таким способом пряжа приобретает гладкость и блеск. При обработке она теряет около 3—4% иецеллюлозиых примесей; при этом увеличивается прочность пряжи на растяжение на 15%, но снижается ее удлинение.

3. МЕРСЕРИЗАЦИЯ ТКАНИ ПОД НАТЯЖЕНИЕМ

Выступающие на поверхности ткани волоконца создают застил, который уменьшает блеск мерсеризованной ткани, поэтому ткань, подвергаемую мерсеризации, предварительно опаливают. Кроме того, почти все изделия расшлихтовывают до мерсеризации для увеличения скорости смачивания, предупреждения повышения тем­

Ткань может быть мерсеризована до или после отварки. Чтобы решить вопрос о мерсеризации ткани в суровом или отбеленном виде, необходимо принять во внимание некоторые факторы, основ­ ным из которых является вид ткани. После мерсеризации в суро­ вом виде нет необходимости полностью удалять с ткани щелочь, так как она затем поступает в варочный котел и остатки щелочи используются при отварке. Однако мерсеризация суровой ткани представляет некоторые трудности: проникание щелочи в волокно идет медленно, а примеси, имеющиеся в ткани, загрязняют щелоч­ ной раствор. В некоторых случаях производят предварительное кипячение тканей в воде или в разбавленной щелочи. Перед кипя­ чением ткань промывают в щелочи и тщательно отжимают в целях предотвращения неравномерного распределения воды в ткани. От­ беленную и полуотбеленную ткань обычно мерсеризуют в сухом виде; на очищенной ткани получают более однородный и качест­ венный эффект мерсеризации и, кроме того, облегчается контроль ' концентрации щелочи.

На цепной мерсеризационной машине ткань проходит через ванну с раствором едкого натра, после чего отжимается, проходя через пару отжимных валов. При выходе из раствора ткань нама­ тывается на стабилизационные барабаны (их приблизительно 12), которые приводятся в действие тканью. За время пребывания ткани на стабилизационных барабанах едкий натр проникает в во-

122

локна более глубоко. После попадания во второй сатуратор со щелочью ткань проходит отжимное устройство и поступает на клуппы двух параллельных цепей рамы ширильного поля, кото­ рые ее жестко удерживают. Скорость движения ткани через отжимные валы второй плюсовки выше скорости прохода через отжимные валы первой плюсовки, за счет чего создается натяже­ ние по основе, а поскольку ткань затем поступает в раму шириль­ ной машины, то там создается натяжение по утку, и ткань при­ обретает требуемые размеры. Ткань в натянутом состоянии обра­ батывают горячей водой, в результате чего она отмывается от

ткань должна находиться под натяжением и сохранять первона­ чальную ширину; это оказывает стабилизирующее действие на структуру ткани и уменьшает последующую усадку. Структура пряжи и ткани претерпевает значительные изменения при усадке ткани в процессе мерсеризации.

В целях экономии едкого натра концентрацию его в растворе последней секции машины регулируют таким образом, чтобы рас­ твор можно было использовать для отварки ткани. Поэтому све­ жей водой промывают лишь на выходном конце машины, обеспе­ чивая эффект противотока промывной жидкости и ткани. Вначале ткань промывают раствором, содержащим щелочь большей кон­ центрации, а затем промывают более разбавленными растворами щелочи. По мере 'продвижения жидкости в направлении, противо­ положном направлению движения ткани, раствор становится более концентрированным. Жидкость после первойпромывки собирают и используют для отварки ткани. Остатки едкого натра извлекают из ткани, обрабатывая ее раствором серной кислоты [3].

Для мерсеризации может быть использована бесцепная ма­ шина. В этом случае ткань проходит пропиточное устройство, а за­ тем серию ширителей (выгнутые ролики, которые растягивают ее по ширине и удерживают максимальную ширину). Ширина ткани на этой машине не может быть точно отрегулирована, но для тка­ ней многих видов удовлетворительные результаты мерсеризации достигаются с меньшими затратами, чем на цепных машинах. При использовании ширителей ширина ткани, или расширение ее по утку, определяется натяжением по основе. На этом оборудовании не получают такого хорошего блеска, как при обработке на цепной мерсеризационной машине.

Если блеск не является основным требуемым свойством, то

при низких концентрациях едкого натра (15% вес) .

Процесс мерсеризации проходит вполне удовлетворительно при комнатной температуре, хотя применение более высоких темпера-

123

тур (40° С) вполне допустимо [3, 4]. Специальные эффекты мерсе­ ризации получают при низких температурах.

Длительность контакта тканн со щелочью небольшая, порядка 30—90 с, и может изменяться в зависимости от вида ткани.

Производительность' современных мерсеризационных машин составляет 50—100 м в минуту.

4.МЕРСЕРИЗАЦИЯ БЕЗ НАТЯЖЕНИЯ

Впоследние годы было обнаружено, что пряжа пли ткань, об­ работанные щелочными растворами без натяжения, приобретают эластичность и могут быть использованы для изготовления безраз­ мерных изделий [31].

Такая пряжа может быть также использована в качестве текстурнрованиых основ. Например, наносят смолу на сильно круче­ ную пряжу в два сложения и отверждают ее в тот момент, когда пряжа находится в релакснрованиом состоянии [32, 33]. После промывіш и сушки пряжу раскручивают, и она сохраняет эффект кручения, т. е. малые спиралевидные витки, и может быть исполь­ зована как объемная пряжа.

Процесс мерсеризации без натяжения сравнительно прост: хлопчатобумажные ткани подвергают усадке без натяжения в рас­ творе едкого натра 25—30%-ного при температуре 30°С или ниже [34]. Метод ведения процесса можно изменять и оказывать влия­ ние на эластические свойства обработанной тканн [35].

Могут быть получены ткани, в которых усадка идет лишь в на­ правлении утка; такой результат можно получить, если ткань под­ вергнуть усадке в обоих направлениях, а затем вытянуть в направ­ лении основы пли же удерживать основу в натянутом состоянии и подвергать усадке лишь уток. В. других случаях обработанная ткань может быть вытянута до некоторой степени для снижения необратимого удлинения. Это связано с тем, что тканн имеют тен­ денцию постоянно растягиваться после длительного употребления, т. е. способность восстанавливать свои размеры у ткани умень­ шается. При мерсеризации без натяжения волокна сами по себе дают усадку на 15—19% в зависимости от типа хлопка, но это сопровождается значительным набуханием волокон [37]. Пряжа при этом увеличивается в диаметре.

5. ПРОНИКАНИЕ ЕДКОГО НАТРА В ВОЛОКНО

Для достижения хорошего эффекта мерсеризации необходимо основательно пропитать волокно едким натром. Провести теорети­ ческий анализ скорости пропитывания довольно трудно из-за слож­ ного строения пряжи и ткани. Набухание наружных волокон, на­ ходящихся в непосредственном контакте с раствором, препятствует пропитыванию остальной волокнистой массы.

Степень проникания щелочного раствора в отваренную и отбе­ ленную пряжу определяют колористическим методом, по которому

124

волокна предварительно подкрашивают йодом и подсчитывают число окрашенных и неокрашенных волокон [39]. В этих экспери­ ментах подкрашенные волокна соответствуют мерсеризованным.

Пряжа, которая не была под натяжением во время мерсериза­ ции, легко подвергается пропитыванию. Если пряжу обрабатывать под натяжением при определенных концентрации щелочи и дли­

проникания щелочи в волокно от вязкости и набухания, которые уменьшаются с повышением температуры.

Мерсеризация сильно крученой и плотной пряжи и веревок обычно не практикуется из-за невоспроизводимости результатов проникания NaOH в волокнистый материал и трудностей ее по­ следующего извлечения при промывке. На практике для интенси­ фикации проникания щелочи в волокно желательно допустить не­ большую усадку в начальной стадии процесса мерсеризации и использовать более высокие концентрации щелочи и несколько бо­ лее высокие температуры.

6. ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ ВОЛОКНА И ПРЯЖИ

Изменение свойств отдельных волокон или пучков параллель­ ных волокон при обработке растворами едкого натра различной концентрации в течение 1 ч при 24—25° С видно из рис. 69. Часть волокон во время обработки сохраняет нормальную длину, в то время как другая часть подвергается усадке и в конце процесса принимает свою первоначальную длину. Усадка волокна достигает

125

126

не было в этих экспериментах постоянным, поскольку концентра­ ция щелочи в процессе мерсеризации увеличивалась (16].

Увеличение прочности пряжи, наблюдаемое при ее мерсериза­ ции, зависит в большой степени от характеристики исходного хлоп­ кового волокна (рис. 70)

[41].Здесь используются

Увеличение прочности пряжи можно оценивать по усилию, не­ обходимому для удержания ее при постоянной длине. Это усилие зависит от концентрации раствора'едкого натра, используемого

127

для мерсеризации, и иллюстрируется приведенными данными для пряжи одного вида:

Концентрация едкого натра и усилие для поддержания постоянной длины пряжи

При мерсеризации без натяжения усадка увеличивается с увели­ чением числа кручений на дюйм пряжи (рис. 71). Необходимо отметить, что одиночная пряжа дает усадку гораздо большую,

128

Рис. 73. Зависимость прочности и удлинения оди­ ночной пряжи и пряжи в несколько сложений от условий мерсеризации:

/ — необработанная; 2 — мерсеризованная; 3 — мерсеризо­ ванная без натяжения; 4 — мерсеризованная с натяжением

чем пряжа двойного сложения [35]. Натяжение пряжи умень­ шается при усадке (рис. 72) и достигает очень небольшой вели­ чины, если усадка около 20%.

Более точное сравнение механических свойств мерсеризованной и немерсеризованной пряжи показано на рис. 73, где сравнива­ ются кривые удлинения при полной нагрузке.

7. ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ ТКАНИ

Усадка ткани имеет те же причины, что и усадка пряжи, услож­ няющаяся структурой самой ткани. В ткани одна пряжа прохо­ дит поверх другой. По мере набухания путь каждой пряжи удли­ няется, поскольку пряжа увеличивается в диаметре. Размеры ткани можно регулировать в случае мерсеризации без натяжения, когда происходит уплотнение структуры ткани. Результат зависит от плотности переплетения исходной ткани; размеры плотной ткани изменяются очень мало; ткань с открытой структурой дает значи­ тельную усадку, ее пряжа имеет тенденцию к уплотнению [37].

На основании данных, приведенных на р и с 71, можно предпо­ ложить, что большая усадка более крученой пряжи делает ее бо­ лее пригодной для мерсеризации без натяжения. Однако большая усадка может быть осложнена, так как она зависит от конструк­ ции ткани и натяжений в ней, развиваемых во время мерсери-

129

зации. Так как натяжение в пряже становится очень мало при усадке 20% (см. рис. 72), необходимо принять меры предосторож­ ности, чтобы обеспечить некоторое ее ограничение в случае мерсе­ ризации без натяжения. Нет ничего удивительного в том, что усадка ткани гораздо меньше зависит от крутки, чем усадка са­ мой пряжи.

Упруго-эластические свойства тканей, подвергнутых мерсери­ зации без натяжения, зависят от вида переплетения, линейной плотности пряжи, ее крутки, плотности по утку и основе п т. д. Можно предположить, что наилучшие результаты должны быть получены для длинноволокнистого хлопка и для пряжи более вы­ сокой крутки.

8. СМАЧИВАЮЩИЕ АГЕНТЫ

Для успешной мерсеризации пряжа или ткань должны быстро и равномерно смачиваться раствором едкого натра. Проникание щелочи может быть затруднено, если мерсеризации подвергают суровую ткань; для преодоления этой трудности в мерсерпзационный раствор добавляют смачивающие агенты. Хотя такие агенты необходимо использовать для суровой ткани, их можно с успехом применять для отбеленной ткани, что способствует получению не­

рах. Крезолы являются дешевыми смачивающими агентами и дают удовлетворительные результаты; для этой цели могут быть также использованы некоторые органические фосфаты.

9. МИКРОСКОПИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ХЛОПКОВЫХ ВОЛОКОН ПРИ НАБУХАНИИ

Набухание хлопкового волокна можно проследить под микро­ скопом. При погружении в раствор каустической соды плоское лентообразное волокно закручивается и извивается; канал исче­ зает вместе с витками, а поперечное сечение изменяется от почкообразного или барашкообразного до овальной формы, а канал приобретает вид узкой щели. Поверхность волокна становится бо­ лее гладкой и более, однородной, но при сильном увеличении можно различить заломы и складки. Если набухание идет под на­ тяжением, то волокне имеет круглое поперечное сечение, более стержнеподобно и имеет гладкую и блестящую поверхность.

Микроскопические исследования показали, что при концентра­ ции едкого натра около 7% извитость исчезает и поперечное сече­ ние становится эллиптическим, но не обнаруживается видимого набухания [14]. При концентрациях едкого натра 7—11% обна­ руживается набухание, частично затрагивающее внутренние об­ ласти волокна; при концентрации едкого натра 11% за счет внут­ реннего набухания заполняется канал, но первичная стенка рас­ ширяется не полностью; при концентрации 13,5% набухание идет до максимума и преимущественно во внешних областях волокна,

130