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

чаются высокой Чистотой. Поэтому ничего нет удивительного в том, что для этих волокон выбирают такую шлихту.

Большое количество типов шлихты, легко удаляемой из во­ локна, было разработано на основе синтетических материалов, в частности поливинилового спирта и полиакриловой кислоты [4].

21

Г л а в а 3

ОПАЛИВАНИЕ И РАСШЛИХТОВКА ХЛОПЧАТОБУМАЖНЫХ ТКАНЕЙ

суровых тканей имеются выступающие пушинки и волоконца, ко­ торые необходимо удалить, особенно у тканей, предназначенных для печатания. Для этой цели ткань опаливают, т. е. волоски сжи­ гают без повреждения самой ткани.

До опаливания ткани тщательно высушивают, так как в паро­ вой среде может произойти «подгорание» ткани. Опаливание обычно проводят на плитных или газоопаливающих машинах. В первом случае опаливаемая ткань касается сферической медной

наночной стороны. После опаливания ткань сразу же пропускают через паровой искрогасительдля гашения искры или через рас­ твор, совмещая при этом пропитку и искрогашение.

2. РАСШЛИХТОВКА

Одной из операций подготовки к крашению и печатанию яв­ ляется удаление шлихты, нанесенной на нити основы перед ткаче­ ством. Полное удаление шлихты обязательно для тканей большин­ ства видов, так как волокна должны легко смачиваться, иначе последующий процесс отделки будет протекать неравномерно.

Расшлихтовка является очень важной операцией для хлопчато­ бумажных тканей, так как эту пряжу шлихтуют крахмалом, кото­ рый трудно удалить обычными моющими средствами. Шлихта дру­ гих видов, особенно используемая для синтетических волокон, растворима в воде и часто для удаления ее с ткани достаточно простой промывки ткани в мыльно-содовом растворе.

Удаление крахмала до очистки уменьшает объем работы, тре­ буемой при последующих стадиях очистки; последующие отварка и отбелка могут осуществляться с помощью менее концентрирован­ ных химикатов. Более того, некоторые продукты разложения крах­ мала, образующиеся в присутствии щелочи, применяемой при от­ варке, обладают восстановительными свойствами, что может при­ вести к разрушению красителей на пестроткани, подвергаемой отварке в щелочных растворах. Во избежание этого в варочную жидкость следует вводить мягкий окислитель.

22

Удаление крахмала осуществляют путем его перевода в водо­ растворимую форму.

Деструкция крахмала до декстринов способствует эффектив­ ному растворению его, так как снижается степень полимеризации амилозы и амилопектина.

До расшлихтовки ткань можно с успехом пропускать через ванну с кипящей водой для набухания крахмала, что способствует лучшему прониканию в ткань энзимных и химических препаратов, используемых для расшлихтовки. Другой предварительной опера­ цией является пропитывание ткани водой в течение суток. При та­ кой обработке с хлопчатобумажной ткани удаляется значительное количество водорастворимых примесей. Технологическое значение этой операции можно оценить лишь, изучив ее влияние на после­ дующие операции беления. Замачивание оказывает благоприятное действие на последующую отварку; натуральные природные со­ путствующие вещества извлекаются при отварке более эффективно,

не менее отсутствие замачивания может быть компенсировано ис­ пользованием более жестких методов отварки.

Расшлихтовку можно осуществлять четырьмя способами:

1)замачивание кислотой;

2)замачивание теплой водой;

3)обработка энзимами;

4)обработка перекисью водорода, бромитом натрия или дру­ гими окислителями.

Обработка раствором кислоты

Ткань после опаливания пропитывают раствором серной кис­ лоты (0,5—1%) при температуре 40° С и оставляют вылеживать в течение 4 ч. Нельзя допускать обсыхания ткани, так как это мо­ жет привести к ее повреждению. В этом случае на поверхности ткани будет проявляться действие концентрированной кислоты.

Вода и водные растворы кислот экстрагируют значительные ко­ личества примесей. Степень извлечения таких примесей опреде­ ляется путем погружения нерасшлихтованной хлопчатобумажной пряжи в хлористоводородную кислоту концентрации 0,1 н., либо в серную кислоту концентрации 0,2 н. на 12 ч при 20° С, после чего пряжу промывают, высушивают и подвергают исследованию. По­ тери в весе колеблются.в пределах 1,5—4% в зависимости от сорта хлопка. Предполагается, что содержание золы после такой обра­ ботки незначительно (<0,1%)- Обработка холодной водой вместо кислоты менее, эффективна с точки зрения извлечения примесей; остаток минеральных веществ при этом составляет 0,15—0,25%.

При водной обработке содержание азота уменьшается в зави­ симости от типа хлопка до 8—31% (по сравнению с его первона­ чальным содержанием). При кислотной обработке снижение содер­ жания азота несколько больше. После обработки ткани кислотой

23

или водой медное число снижается до 0,3—0,5, по-видимому, из-за извлечения гемицеллюлозы и остатков Сахаров, но предпо­

лагают, что при этом содержание воска не изменяется.

По изменениям текучести и медного числа установлено, что кислотная обработка безвредна при температуре, не превышающей 50°С, и при концентрации кислоты не выше 1%. Однако последние исследования показали, что при обработке хлопка серной кислотой при комнатной температуре обнаруживается незначительная де­ струкция, о чем свидетельствовало увеличение текучести растворов целлюлозы в пределах 4—5,8 ре*. Обработку кислотой вели в те­ чение 4 ч, при этом было извлечено 70% крахмала. Необходимо отметить, что небольшое увеличение текучести получают для ве­ ществ, содержащих крахмал или другие примеси, поэтому вели­ чина ее большая, чем рекомендуемый максимум (5 ре), вполне объ­ яснима [4]. Интересные сведения были получены при определении текучести растворов хлопка после обработки его водой, кислотой и кислотой с последующим отбеливанием перекисью (табл. 7). Приведенные данные получены для хлопка, не подвергавшегося дальнейшей очистке, поэтому в некоторых случаях они высокие из-за присутствия в волокне остатков крахмала.

Полученные данные показывают отсутствие деструкции целлю­ лозы у образцов, обработанных перекисью. Интересно отметить, что эффективность расшлихтовки в воде довольно высока (до 56%), но возможно, что потеря в весе происходит за счет удаления не­ целлюлозных примесей.

Расшлихтовка путем замачивания в воде

При расшлихтовке путем замачивания в воде влажную ткань помещают в специальные ящики, где выдерживают в течение 24 ч. При таком длительном вылеживании при температуре 24—40° С

* Текучесть — величина, обратная вязкости, единица измерения ре.

24

происходит извлечение крахмала и некоторых водорастворимых примесей. Присутствующие в воде бактерии в этих условиях раз­ множаются и образуют энзимы, способствующие расщеплению крахмала. Продукты разложения крахмала удаляются при после­ дующей промывке.

При расшлихтовке путем замачивания ферментация не контро­ лируется, поэтому могут возникать побочные эффекты, такие как плесень и образование энзимов, усиливающих деструкцию цел­ люлозы.

Расшлихтовка энзимами

Наиболее эффективным способом извлечения крахмала из тка­ ней является использование экстрактов, содержащих соответствую­ щие энзимы. Энзимы представляют собой биологические катализа­ торы, отличающиеся от обычных химических катализаторов своим ярко выраженным направленным действием: они чувствительны к высоким температурам, обладают относительно низкой энергией активации и обычно активны лишь в очень узком интервале зна­ чений pH. Они классифицируются по названию разлагаемых ими веществ; например, амилазы разлагают амилозу, протеазы — про­ теины, целлюлазы — целлюлозу. С химической точки зрения энзимы представляют собой протеины с высоким молекулярным ве­ сом; например, молекулярный вес энзима амилазы (В. subtilis) со­ ставляет приблизительно 100 000.

Если соответствующие энзимы поместить в желатинизированные пасты крахмала, они претерпевают следующие изменения:

1)разжижаются;

2)крахмал переходит в декстрины;

3)образуются мальтозы.

Обычно энзиматические агенты расшлихтовки могут быть раз­ делены на два основных типа:

1)декстриногенные, или сс-амилазы и

2)сахарогенные, или ß-амилазы.

Общим для а- и ß-амилаз является то, что они гидролнзуют глюкозные связи в молекулах крахмала, но температура, при кото­ рой начинается реакция, у них различна.

Место атаки а-амилазы на цепь крахмала неопределенное, т. е. ее действие беспорядочное, поэтому степень полимеризации крах­ мала быстро снижается.

а-Амилазы считаются.декстриногенными и разжижающими, так как образование декстринов сопровождается быстрым уменьше­ нием вязкости крахмальных паст. Декстрины являются водораство­ римыми веществами и поэтому легко удаляются с ткани.

ß-Амилаза последовательно отщепляет концевые звенья маль­ тозы с конца цепи, способного восстанавливаться, таким образом цепь полимера постепенно укорачивается: наличие звеньев маль­ тозы в макромолекулах значительно снижает среднее значение сте­ пени полимеризации, незначительно изменяя среднее весовое моле­ кулярное распределение, которое определяется оставшимися

25

молекулами полимера большого размера. Во фракции аминопектина действие ß-амилазы прекращается в точках разветвления цепи, таким образом, остается не затронутым значительное количество исходного полимера. Реакция может возобновиться лишь при усло­ вии образования новых концевых групп мальтозы под действием других факторов, возникающих, например, при беспорядочном гид­ ролитическом действии перегретой воды или при добавлении сх-амн- лазы. Декстрины, получаемые в результате воздействия ß-амилаз, имеют относительно высокие молекулярные веса и практически не восстанавливаются.

Многие энзимы кристаллизуются, однако выделение их идет

в конце сжижения и в конце стадии декстрииизации. Из рисунка видно, что в экстракте мальты ß-амилаза содержится в большом количестве по сравнению с панкреатическими или бактериологи­ ческими составами.

В текстильном производстве энзимы впервые стали применять около 1857 г. по способу вымачивания ткани в течение нескольких часов в теплой воде, содержащей ячмень. Однако этот способ был довольно трудоемким; в 1900 г. эффективность его была повышена за счет введения экстракта мальты.

После 1912 г. появились первые технические энзиматические препараты животного и бактериологического происхождения. Энзимы мальты получали путем экстрагирования свежепроросшего ячменя, а энзимы животного происхождения получали из поджелу­ дочной железы крупного рогатого скота. Энзимы обоих типов активны при относительно низких температурах и требуют значи­ тельного времени для полной конверсии. Так как они получены из природных веществ, то их состав ие так строго контролировался, как состав энзимов, полученных из определенных культур бак­ терий.

26

Для этого метода бактерии (например В. subtilis) культиви­ руют на соответствующей среде при контролируемых условиях в течение недели (до тех пор, пока дальнейшего увеличения содер­ жания энзимов в среде не происходило). Бактерии отделяют цен­ трифугированием, а из жидкости получают энзимы [14]. Содержа­ ние энзимов зависит от pH среды, температуры и т. д.

Большинство энзимов хорошо функционирует при температурах 40—60° С. Выше этих температур активность энзимов снижается или даже совсем прекращается. Исключение составляет а-амилаза из бактерий, которая при некоторых обстоятельствах может быть использована при температурах выше указанных. Различные ме­ тоды применения энзимов приведены в табл. 8.

В лабораторных условиях эффективность амилазы можно опре­ делить: 1) по скорости уменьшения вязкости крахмальной пасты на стадии сжижения [6, 7]; 2) по увеличению количества восстанови­ тельных групп (сахарификацня) или по скорости исчезновения си­ него цвета йодкрахмальных комплексов [7]. Необходимо отметить, что изменение содержания крахмальной пасты отражается на из­ менении окраски под действием йода (от синего цвета до краснофиолетового в конце фазы сжижения; на стадии декстринизации синий цвет изменяется до фиолетово-красного, до желтого).

Необходимо отметить, что процесс деструкции зависит от типа крахмала.

Другой возможностью оценки эффективности энзима является время, в течение которого крахмальная паста теряет синюю окраску, получаемую от воздействия йода. Конечная точка в дан­ ном опыте достигалась быстрее при использовании ß-амилазы. Этот результат может быть ошибочным, так как добавка ß-амилазы к а-амилазе не увеличивала эффективности расшлихтовки и добав­ ление ß-амилазы только ускоряло образование мальтозы.

Поскольку данные методы оценки эффективности энзимов за­ висят от условий процесса деструкции крахмала, то существует не­ которая путаница в выборе подходящего метода оценки энзимов. Тем не менее их можно оценить путем сравнения образцов энзи­ мов одного и того же метода получения.

Адсорбция энзимов волокном [2] изменяет эффективность их действия на крахмал. Поэтому оценку эффективности энзимов

27

лучше всего проводить на шлихтованной пряже или на ткани. На практике на легкость извлечения крахмала влияют другие фак­ торы, например скорость набухания и растворения крахмальной пленки.,

Активность энзима увеличивается при повышении температуры, а стабильность его уменьшается. Следовательно, максимальная активность будет наблюдаться при определенной температуре, за­ висящей от длительности проведения эксперимента. Истинная активность энзима может быть определена путем экспериментов,

проводимых в течение коротких периодов времени, достаточных для деструктирования незначительного количества энзима [9].

Эксперименты показывают, что активность энзима увеличи­ вается с повышением температуры (рис. 4), но уменьшается в за­ висимости от длительности хранения (рис. 5) [10].

Изменения величины pH влекут за собой значительные измене­

ности зависит от времени, затраченного на проведение экспери­ мента, и, следовательно, в любом частном эксперименте может от­ личаться от максимума, показанного на рисунках. При работе с этими веществами существует правило, что стабильность их из­ меняется незначительно: у панкреатических амилаз — при измене­ нии pH в пределах 5—8 и у бактериальных амилаз — 6—9.

Наличие в растворе некоторых солей может иметь очень боль­ шое значение, а отсутствие их может сделать панкреатическую

28

амилазу неэффективной; для достижения наиболее полной актив­ ности добавляют хлористый натрий или калий в концентрации не менее 0,03 н. Получаемый эффект зависит от хлорид-иона, так как добавление сульфатов или фосфатов не изменяет активности. Для повышения активности мальт а-амилазы требуются ионы кальция, поэтому не желательно добавлять препараты, умягчающие воду.

Энзимы, активность которых повышается в присутствии ионов Са 2 + , характеризуются оптимальным содержанием этих ионов. При введении ионов кальция в раствор энзимов следует учитывать, что

Время} мин

Рис. 5. Потеря активности энзимами при тем­ пературе 60° С:

введенный кальций не может влиять на продолжительность про­ цесса и образовывать нерастворимые соли кальция. Кроме того, ноны таких тяжелых металлов, как медь, железо и т. д., могут со­ единяться с энзимом и снижать свою активность. Влияние условий обработки на активность энзимов видно из табл. 8.

Для вылеживания пропитанной ткани удобно пользоваться ящиками большой емкости. При этом время действия энзимов на шлихту может быть не менее суток. Температура ткани в верхних слоях ящиков может значительно снижаться, в результате чего процесс гидролиза крахмала идет неравномерно. Равномерность расшлихтовки улучшается, если ткань покрывать полиэтиленовой пленкой, что предотвращает высыхание и' усиливает действие энзимов.

29

Расшлихтовку можно проводить также в роликовой красильной машине, в красильной барке или на непрерывной пропиточной ма­ шине, контролируя температуру процесса. Пропитка должна быть равномерной.

Рис. 7. Активность и стабильность бактериологи­

ческой амилазы в зависимости от pH среды [9]:

/ — стабильность; 2 — активность

Адсорбция энзима тканью идет быстро. Пропитка более тяже­ лых тканей может быть улучшена добавлением смачивателей, сов­ местимых с энзимами.

Стабильность бактериальных энзимов, адсорбированных иа цел­ люлозе, очень высокая при высоких температурах, обеспечиваю­ щих большие скорости расшлихтовки. Это очень важно при не-

30