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

55. H. Wakeham and N. Spicer. Textile Res. J , 21 (1951) 187; 25 (1955) 585.

56.S. M. Neale. J. Textile Inst., 20 (1929) T373.

57.L. Rebenfeld. Textile Res. J., 28 (1958) 462.

58.S. M. Neale. J. Textile Inst., 21 (1930) T225.

59.S. M. Neale. J. Textile Inst., 22 (1931) T320, 349.'

60. C. Beadle and H. Stevens. 8th Intern. Congr. Appl. Chem, 13 (1912) 25.

Г л а в а 10 ОТВАРКА ШЕРСТИ

1. ВВЕДЕНИЕ

Овечья шерсть, кроме воска и животного жира, которые име­ ются на самой овце, содержит некоторые случайные примеси (ча­ стицы сухого жира, соломы, семян, сухого масла и остатки экскре­ ментов). Целлюлозные материалы, например солома, могут быть настолько прочно связаны с шерстью, что удалить их можно лишь химическими способами. Для этой цели шерстяные ткани подвер­ гают карбонизации, т. е. обработке разбавленной серной кислотой, и последующей термообработке. При такой обработке целлюлоза гидролизуется и превращается в порошок, легко удаляемый из ткани при промывке.

Воск является очень важным компонентом суровой шерсти и составляет 20—60% от общего веса настрига. В основном он пред­ ставляет собой смесь жирных кислот и восков. Хотя некоторые компоненты восков омыляемы, чувствительность шерстяного кера­ тина к воздействию щелочи не допускает использования сильной щелочи для очистки шерсти.

Очистку шерсти часто проводят эмульгированием, и задача технолога заключается в нахождении для этой цели наиболее эф­ фективных эмульгаторов и условий эмульгирования.

Другим типом загрязнения является жировой пот, который представляет собой смесь неопределенного состава. Жировым по­ том обычно называют водорастворимые компоненты суровой рун­

и фотохимическом воздействии на шерсть, а также водораствори­ мые продукты микробиологических изменений не только жирового пота, но и кератина или шерстяного воска. Точный состав жирового пота не определен [2]. Жировой пот обычно нейтрален или имеет слабощелочную реакцию [3] . Он содержит ионы калия, натрия, кальция и магния, а также неорганические анионы (сульфат, фос­ фат и хлорид), которые содержатся в небольших количествах.

Основным компонентом является органическое вещество, со­ стоящее в основном из следующих кислот:

1) низкомолекулярных кислот—муравьиная, уксусная, пропионовая, масляная и валериановая;

151

2)небольших количеств высокомолекулярных кислот — миристановая, лауриновая, пальмитиновая и стеариновая.

3)дикарбоновых кислот — оксалиновая, глутаровая, адиптиновая и пимелиновая кислота;

4) оксикислот — малеиновая, гликолевая, лимонная и винная;

5)кетокислот — пировиноградная, фенилпировиноградная, п-

очищена от большей части воска до прядения. Обычно применяют очистку волокна шерсти, хотя в дальнейшем осуществляют очистку шерстяной пряжи или изделий.

Оптимальное количество воска, сохраняющегося на шерсти после очистки, должно быть порядка 0,5—0,75%- Большое коли­ чество воска вызывает трудности при чесании и при последующем процессе крашения. Слишком низкое содержание воска затруд­

2) эмульсионная очистка; 3) экстрагирование органическим раство­ рителем; 4) замораживание.

Первые два метода представляют собой процессы эмульгиро­ вания и ведутся в шерстопромывочной машине. Имеются два основных типа промывочных машин. Эти машины состоят в основ­ ном из серии длинных неглубоких секций или ванн,.через которые шерсть проталкивается скребками и лопатками (рис. 95).

Шерсть подают в первую отварочную секцию; после прохожде­ ния ролика она погружается в жидкость и пропитывается ею. Шерсть осторожно проталкивается вперед через раствор посред-4 ством скребков или граблей, которые могут работать синхронно или индивидуально, создавая равномерное или импульсивное дви­ жение. При таком перемешивании высвобождаются плотные комки грязи, которые падают на перфорированный лоток, являющийся фальшивым дном котла. В конце секции шерсть проходит через отжимные валы; при этом отжимается большая часть жидкости, а шерсть направляется к следующей секции посредством конвейер­ ной ленты. Отжатая жидкость после отстаивания возвращается в аппарат. Установка для очистки обычно состоит из четырех или

подается на сушильную машину или непосредственно в красиль­ ный цех.

Применяемый процесс очистки зависит от качества обрабаты­ ваемой шерсти, так, например, более грубая шерсть подвергается более энергичному перемешиванию.

Рис. 95. Схемы машин для очистки шерсти

Удаление жиропота

Соли щелочных металлов органических кислот (например, паль­ митиновой, стеариновой), присутствующие в жиропоте, сами об­ ладают моющей способностью. Поэтому наиболее ранний метод очистки состоял в промывке шерсти в воде для растворения жиро­ пота, при этом жидкость приобретала моющее действие. Отварка шерсти состоит из пяти стадий: 1) удаления жиропота; 2) удале­ ния воска; 3) промывки; 4) мыловки; 5) полоскания.

Для удаления жиропота загрязненную шерсть промывают в хо­ лодной воде (около 16°С), жидкость удаляют из волокна и освет­ ляют путем седиментации и центрифугирования. Полученный та­

предназначены для промывки, мыловки и окончательной про­ мывки. Комки грязи и жира извлекаются в первых двух секциях, а мыловка требуется на более поздних стадиях обработки для уда­ ления относительно небольшого количества оставшихся загрязне­ ний. Основным преимуществом этого метода очистки является низ­ кая стоимость химикатов. Однако если рассматривать проблемы оптимальных условий для удаления грязи и воска, то могут

153

возникнуть трудности. Для эмульгирования шерстяного воска из во­ локна оптимальное значение pH составляет почти 10, т. е. более высокий, чем у раствора жиропота. Поэтому по мере удаления воска отварка может быть улучшена за счет добавления щелочи (карбоната натрия) [4]. Однако оптимальное значение pH для удаления в виде суспензии остатков земли должно быть около 7,0 [5]. Если путем добавления карбоната натрия pH увеличи­ вается до 10, суспензирующее действие раствора по отношению к пыли, содержащейся в волокне, снижается.

Для повышения эффективности суспензирования пыли приме­ няют усиленное перемешивание. Недостатком этого метода яв­ ляется увеличение механического повреждения шерсти и в резуль­ тате этого — разлохмачивание волокна. Лучший метод состоит в добавлении к моющим растворам мыла и моющих средств. По­ этому для получения наилучших результатов промывка жиропота может сочетаться с эмульсионной промывкой путем использования жиропота и соды с небольшим количеством мыла в первой сек­ ции; следующие секции содержат мыло и минимальные количе­ ства соды.

Эмульсионная очистка

Основное различие между этой очисткой и удалением жиро­ пота заключается в различном режиме работы первой секции ма­ шины. ТІри эмульсионной очистке обработку в первой секции ве­ дут раствором олеинового мыла (2—4%) с добавкой карбоната натрия (2%) в течение 40—15 мин при 50—55° С или 25 мин при 28—38°С [6]. Однако целесообразно работать при температуре, достаточно высокой для расплавления шерстяного воска (т. е. 40— 50° С), так как это облегчает эмульгирование. Жировой пот в этой секции удаляется при экстракции поступающей шерсти, таким об­ разом, его концентрация будет увеличиваться по мере продолже­ ния процесса очистки. Раствор из секции поступает на рециркуля­ цию после осветления путем центрифугирования или седимен­ тации. I

В первой секции pH среды должна быть близкой к 10, что трудно обеспечить, так как жиропот состоит из солей слабых кис­ лот, обладающих свойством кислотного буфера [7].

Обработка в первой секции является наиболее важной, так как на этой стадии извлекается большое количество воска, песка и пыли, и от ее эффективности зависит успех всей операции.

Раствор во второй секции гораздо более чистый. На этой ста­ дии нет необходимости добавлять щелочь, так как достаточные количества щелочи попадают из первой секции, что создает необ­ ходимую величину pH среды; при этом во второй секции отсут­ ствует буферное действие жиропота. На этой стадии необходимо добавлять мыло или моющее средство. В то же время отсутствие буферного действия жиропота приводит к резкому повышению pH среды, поэтому необходимо тщательно следить за тем, чтобы pH не превышал 10.

154

Секции третья, четвертая и пятая используются в основном для промывки, так как при прохождении через вторую секцию шерсть должна быть почти чистой. Чтобы извлечь последние остатки жиро­ пота и пыли, в третью секцию добавляют мыло или моющее сред­ ство. Эти секции служат также для удаления щелочи, адсорбиро­ ванной шерстью в предыдущих секциях. Удаление щелочи является очень важной операцией, так как при сушке шерсть, содержащая

Для отварки шерсти необходимо использовать мягкую, воду, что предупреждает осаждение нерастворимых кальциевых и магние­ вых мыл. Назначением последних двух секций является дисперги­ рование мыл, которые могут образовываться при реакции натрие­ вого мыла с кальцием или другими аналогичными ионами метал­ лов, содержащимися в жиропоте. Чтобы избежать образования таких осадков, используют комплексообразующие препараты типа «калгон» или же заменяют мыло синтетическими моющими препа­ ратами, не образующими нерастворимых соединений с такими ме­ таллами, как кальций.

Применяемые моющие средства представляют собой сульфиро­ ванные жирные спирты C7iH2 nOS03 Na или неионогенные продукты конденсации окиси этилена R(OCH2 CH2 )nOH, где, например, R — может быть изооктилфениловой группой.

Экстрагирование органическими растворителями

Очистка шерсти органическими растворителями широко из­ вестна. Воск обычно извлекается бензолом, четыреххлористым углеродом, нафтарастворителем или уайт-спиритом и т. п. Обра­ ботка шерсти .растворителями имеет то преимущество, что волокна имеют большую ворсистость, чем при обработке в водных раство­ рах при аналогичных условиях перемешивания [8]. Необходимо отметить, что после обработки органическими растворами шерсть легче поддается чесанию и прядению. Более того, из органического растворителя может быть извлечено приблизительно 90% шерстя­ ного воска, в то время как при использовании мыльных растворов шерстяного воска может быть выделено довольно мало (10%),

загрязнен остатками жирных кислот, выделяемых из мыла. При обработке растворителем, кроме воска, другие загрязнения почти не извлекаются и, следовательно, для /извлечения жиропота тре­ буется последующая обработка в водных растворах. К сожалению, при этом некоторые преимущества очистки растворителем пропа­ дают из-за ухудшения грифа волокна.

155

Однако, если тонкую шерстяную пряжу обрабатывать органи­ ческим растворителем на перфорированном конвейере, на который

после очистки чесании не возникают трудности в связи с довольно большим количеством остающегося на волокне загрязнения (по сравнению с шерстью, очищенной в водных системах), так как большая часть загрязнений на волокнах, удерживающаяся по­ средством воска и жиропота, удаляется при прочесывании [9]. Раз­

посредством опрыскивания раствором волокон, находящихся на вибрирующем конвейере.

Чтобы процесс был экономичным, необходимо иметь установки для регенерации растворителя. Использованный растворитель цен­ трифугируют для извлечения из него взвешенных загрязнений; загрязнения, извлеченные таким образом, содержат некоторое ко­ личество растворителя, которое должно быть регенерировано. В шведском процессе отстой промывают водой; при этом жиропот растворяется, а минеральные примеси переходят в водную фазу, которую затем отделяют. Получившийся раствор шерстяного воска может быть перегнан, а растворитель и воск регенерированы. Опе­ рации по выделению воска и загрязнений затрудняются из-за слож­ ной природы этих материалов [9].

Замораживание

Шерсть может.быть очищена путем воздействия низких темпе­ ратур. При этом замороженные примеси удаляются механическим способом. При охлаждении воск становится твердым и хрупким и может измельчаться в тонкий порошок, который отделяется при перемешивании шерсти [12]. Растительные примеси становятся хрупкими при замораживании и разрушаются. Для такого -про­ цесса требуется температура около —30° С.

Процесс состоит в подаче шерсти в верхнюю часть охлаждаю­ щей камеры посредством валков, которые действуют как затвор и удаляют из волокна теплый воздух. Внутри камеры шерсть по­ падает на конвейер.

3.ОТВАРКА ПРЯЖИ

Вшерстяную пряжу перед прядением почти всегда добавляют некоторое количество замасливателей. Количество добавляемого замасливателя для ковровой пряжи изменяется в пределах 2—3%.'

156

Пряжу необходимо очистить до крашения, если ее используют для пестроткани.

Очистку осуществляют мыльным раствором (2—3%-ным) или моющим средством с добавлением или без добавления небольшого количества карбоната аммония или карбоната натрия при темпе­ ратуре не выше 60° С. Если замасливатель, добавленный к шерсти до кардочесания, состоит в основном из олеиновой кислоты, содер­

в виде жгута можно очищать в жгутопромывной машине (рис.96). Непрерывный жгут образуется путем, сшивания концов ткани (обычно около 65 м длины); жгут ложится складками на дно ма­ шины, куда залит раствор моющего вещества. Ткань получает дви­ жение от направляющих роликов и приводит в движение отжим­ ные валы 1 и 2. Действие тяжелых деревянных (или покрытых каучуком) отжимных валов состоит во вдавливании холодного моющего раствора в ткань и отжиме эмульгированного замасливателя и загрязнений. Отжатый раствор попадает в небольшую емкость — грязевое корыто 4 , которое имеет выходное отверстие, соединенное непосредственно со стоком так, что сильно загряз­ ненная жидкость уходит в канализацию или же снова направ­ ляется в ванну. Обычно во время промывки ткани отработанная жидкость сбрасывается в сток.

Камвольные ткани или другие изделия, на которых не должен образовываться застил, очищают широким полотном. Машины для

157

очистки тканн широким полотном аналогичны жгутомойным ма­ шинам. Они оборудованы направляющим устройством и расправ­ ляющим приспособлением для устранения образования складок и заломов.

кокачественного нейтрального масла; до очистки их подвергают за­ варке. Промывку ткани следует проводить в теплой воде.

В результате очистки некоторые ткани приобретают неудовле­ творительный внешний вид: морщинистость и нарушение структуры.

ткань наматывают на перфорированный ролик или барабан и через нее продувают пар под давлением 22,6 кгс/см2 в течение 1—3 мин. Заварку можно проводить в воде или в щелочном растворе; в по­ следнем случае избегают операции чистки. Степень усадки зави­ сит от pH среды; при низком pH получают небольшую усадку, ко­ торая усиливается в щелочной среде; максимального эффекта

5. ПРОЦЕССЫ, ДОПОЛНЯЮЩИЕ ОЧИСТКУ ШЕРСТИ

Карбонизация

В большинстве случаев шерсть содержит такие примеси, как репей и растительные волокна. Эти примеси создают большие труд­ ности в процессе чесания и прядения и особенно при крашении, поскольку целлюлозные материалы относятся к красителям ие так, как шерсть. Для некоторых сортов шерсти механическое извлечение примесей можно проводить при прядении и ткачестве; таким обра­ зом, окончательное удаление этих примесей можно осуществлять в изделии; в других случаях примеси необходимо удалять химиче-

158

ским способом до прядения. Эффективного удаления целлюлозных примесей достигают карбонизацией — процессом, основанным на том, что. целлюлозные материалы гидролизуются под действием небольших количеств горячей концентрированной неорганической кислоты с образованием хрупкой гидроцеллюлозы. Такая обработка почти не оказывает влияния иа прочность шерсти. Как указыва­ лось выше, можно проводить карбонизацию как пряжи, так и ткани.

Можно также карбоыизовать шерстяной лоскут, содержащий целлюлозные волокна (подвергают сухой карбонизации). После удаления целлюлозы, шерсть восстанавливают и ее вторично ис­ пользуют; такая шерсть называется регенерированной или «мунго». При такой обработке краситель повреждается меньше, чем при мокрой обработке, поэтому сухая карбонизация в основном приме­ няется для лоскута после его первой сортировки [14]. Сухая карбо­ низация состоит в обработке шерсти газообразным хлористым водородом в закрытой камере. Концентрированную хлористоводо­ родную кислоту вводят по каплям в нагретую металлическую реторту; выделившийся газ поступает в кирпичную камеру, в ко­ торой предварительно высушенный лоскут помещен внутри вра­ щающегося перфорированного барабана; температура поддержи­ вается 90—94° С.

Когда целлюлозные волокна удалены, лоскут подают на вибра­ ционную установку, где из него выколачивается гидроцеллюлоза. Затем лоскут хорошо промывают водой и, если необходимо, ней­ трализуют раствором карбоната натрия.

Шерстяную пряжу и изделия чаще всего подвергают влажной карбонизации. Для этого шерсть погружают в разбавленную сер­ ную кислоту (9°Tw, 8%-ную) до полного смачивания. После того как большая часть раствора будет извлечена из волокна методом гидроэкстрагирования, шерсть развешивают на подставки и поме­

лозы), затем промывают водой и нейтрализуют разбавленным рас­ твором карбоната натрия. Процесс карбонизации можно вести не­ прерывным способом. При этом шерсть пропитывают раствором кислоты в секции, аналогичной используемой для очистки, отжи­

после нагревания шерсть проходит через рифленые валики, где происходит механическое воздействие на остатки репея, а по вы­ ходе с валиков гидроцеллюлозу выколачивают из шерсти.

В заключение шерсть промывают и нейтрализуют кислоту. Предпочтительно проводить карбонизацию готовых изделий,

а не тканей, которые затем подвергают крашению. Очищенные и подвергнутые валке готовые изделия пропитывают серной кис­ лотой 5%-ной, отжимают, медленно высушивают, равномерно

159

расправляют при 60—70° С, а затем' подвергают термообработке в течение 5 мин при 110° С. Целлюлозные примеси удаляются в ма­ шине для выколачивания. Карбонизованные изделия можно окра­ шивать кислотными красителями без нейтрализации остаточной кислоты, которая обеспечивает необходимую кислотность. Кислоту можно также удалить из волокна, а шерсть •— нейтрализовать. Нейтрализацию обычно проводят даже в том случае, если шерсть окрашивается кислотными красителями, так как в процессе карбо­ низации происходит пептидильный сдвиг N — ' О в аминокислотных остатках серина. Такого сдвига можно избежать при нейтрализа-.

Валка

Если валку проводить в щелочной среде, то одновременно про­ исходит некоторая очистка волокна и, следовательно, возникает возможность объединить процесс валки и очистки. Целью процесса валки является частичное сваливание шерсти для придания ей большей плотности. При этом первоначальная структура ткани частично изменяется в зависимости от условия ведения процесса.

Ткани, подвергнутые валке, лучше ворсуются. Валку приме­ няют в основном для суконных тканей, но можно и для гребенных, иногда проявляющих слабый эффект свойлачивания.

Процесс валки состоит в основном в отжимном воздействии специального устройства на мокрую ткань, в результате которого ускоряется миграция и зацепление волокон, приводящие к усадке ткани и сваливанию поверхности.

Процесс валки идет в машинах, в которых мокрая ткань в виде рулона расплющивается молотками. На рис. 98 дана схема сукно­

в виде бесконечной ленты проходит через керамическое кольцо, ко­ торое замедляет ее движение. Таким образом, создается натяже­ ние, и ткань немного вытягивается. Кольцо, кроме того, направляет ткань в жало двух отжимных валов, которые подают ее в сужи­ вающийся канал (размеры его уменьшаются по длине). Верхняя крышка канала (клапана) может воспринимать давление специ­ ального устройства и передавать его на ткань. Ткань внутри кла­ пана собирается в складки, а из него поступает в ванну с валочной жидкостью. Сваливание является результатом сжатий и рас­ тяжений мокрой ткани.

На рис. 100 дана схема машины для одновременной валки и очистки шерсти. Балочной жидкостью в данном случае является мыльно-содовый раствор. Во время очистки .керамическое кольцо

160