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

металлами, как медь и ее сплавы, или с незащищенным железом. Можно пользоваться котлом, футерованным силикатами или дру­ гими соответствующими материалами. Отбеливание перекисью во­ дорода можно вести в котле при 104—121° С, при этом процесс ускоряется [12].

После отварки и тщательной промывки через ткань циркули­ рует щелочной раствор перекиси. Для тканей редкого переплете­ ния циркулирует едкий натр (4% от веса ткани) при температуре около 95° С в течение 1 ч. Затем ткань хорошо отмывают от едкого натра и постепенно добавляют (% от веса ткани): раствор каль­ цинированной соды (1%), силикат натрия (3,5%) и перекись водо­ рода (3—4%-ную 35%); повышают температуру до 88—93° С и вы­ держивают в течение 2 ч. При более высоких температурах сильно ускоряется потеря перекиси водорода, вследствие чего процесс может оказаться неэкономичным, а при более низких температурах сильно замедляется процесс отбеливания.

Для отбеливания пряжи до белого или почти белого цвета используют паковочные машины. Для беления в паковках исполь­ зуют раствор, содержащий смачивающий агент (1—2%'от веса ткани) с тетранатриевым пирофосфатом (1—2%), нагреваемый до 80—90° С и циркулирующий в течение 15 мин. После отварки рас­ твор отсасывают и заменяют отбеливающей жидкостью, состоящей из кальцинированной соды (3%)> силиката натрия (3%) и 4—6% перекиси водорода (от веса материала). Отбеливание производят: Ѵг ч при 80° С, затем 1 ч при 90° С и, наконец,— 1 ч при 93° С.

Последовательность операций отварки и отбелки зависит от сорта пряжи или ткани, назначения ткани, а также от решения технолога. В некоторых случаях можно исключить отварку с едким натром; в другом случае применяют после отбеливания обработку кальцинированной содой при температуре около 85° С в течение 1—2 ч. В последнее время технологию отбеливания перекисью водорода подвергают пересмотру [14].

При отбеливании перекисью водорода деструктирующее дейст­ вие на волокно зависит в меньшей степени от колебаний величины pH, концентрации и температуры, чем при отбеливании гипохло­ ритом. Текучесть растворов волокна, отбеливаемого перекисью водорода, не превышает 5 при высокой степени белизны тка­ ней [15].

Многие металлы ускоряют разложение перекиси водорода. Ионы меди фактически могут повреждать ткань в случае локаль­ ного воздействия. Даже следы меди, которые могут присутствовать в воде, оказывают вредное влияние [16]. В. особенности это может произойти на конечной стадии процесса, так как часть перекиси водорода поглощается хлопком [18]. Поэтому ткань необходимо тщательно промывать во избежание снижения ее прочности при хранении [17],

Силикат натрия, добавляемый к отбеливающей жидкости с пе­ рекисью водорода, действует как щелочь, но обычно вводят еще некоторое количество едкого натра или другой щелочи.

' Ткань поглощает значительное количество щелочей, что приво­ дит к снижению pH раствора. Если это происходит в слишком большой степени, то силикат натрия осаждается на ткани. Для предотвращения этого явления добавляют обычно едкий натр, так что 60—80% общего количества щелочи соответствует силикату натрия и 40—20% —едкому натру. Рабочая область pH находится в пределах 10,7—10,9.

Одним из основных различий между отбеливанием с помощью гипохлорита и перекиси водорода является то, что в последнем случае создается возможность непрерывной отварки и отбелива­ ния. Поэтому имеется возможность проводить отварку в более мяг­ ких условиях, чем при гипохлоритном белении. Кроме того, в по­ следнем случае необходимо удалять следы отбеливающего агента во избежание образования хлораминов при взаимодействии гипо­ хлорита с азотистыми веществами волокна. При отбеливании гипохлоритом необходима тщательная промывка ткани и обработка ее кислотой или антихлорирование. При отбеливании перекисью водо­ рода достаточна сравнительно кратковременная последующая про­ мывка.

6. НЕПРЕРЫВНЫЕ ПРОЦЕССЫ

Отбеливание перекисью водорода хлопчатобумажных тканей легкого и среднего веса можно проводить непрерывным способом. Ткань пропитывают в виде жгута или полотна в растворе перекиси водорода (1,4—1,6% (объем.), р Н = 10,2—10,8), содержащем сили­ кат натрия и смачивающий агент. Затем ткань быстро нагревают до 80—98° С, пропуская через горячую трубу, после чего она попа­ дает в компенсатор (J-бокс), где остается в течение 1 ч [19].

Процессы непрерывной отварки и отбеливания широко приме­ няют в США [20]. С этой целью ткань пропитывают едким натром (2,5—4,0%) при 30° С и отжимают с помощью отжимных валков до содержания жидкости 100%; затем ткань быстро нагревают до 100° С, пропуская через горячую трубу [21]. Во избежание обсыха­ ния ткани необходимо ее подогревать насыщенным паром. При

ность отварки. Ткань укладывают в компенсатор на определенный период времени, например, на 1 ч, после чего ее промывают и про­ питывают перекисью водорода [0,5—1,0% (объем.), р Н = 1 0 , 5 — 10,8] в присутствии силиката натрия. Затем следует предвари­ тельный подогрев до 90—99° С с помощью пара, после чего ткань попадает во второй компенсатор, где происходит ее отбели­ вание. Эти непрерывные методы позволяют достигать скорости движения ткани в машине 91 м/мин (рис.44). Для ткани некото­ рых видов можно применять одностадийный процесс, когда ее про­ питывают щелочным раствором перекиси при температуре 36° С с последующим подогревом до 76° С в течение 2—3 ч [7]. Для тка-

82

ней некоторых видов это осуществляется в том случае, когда от­ сутствует процесс расшлихтовки. Предложено много видоизмене­ ний непрерывного процесса; обзор новейших данных по этому вопросу приведен в литературе [22].

В США проведено всестороннее сравнение трех систем отбели­ вания [23]. Основными особенностями каждой системы (исключая стадии промывки) являются:

1) опаливание, расшлихтовка, отварка в котле с едким натром под давлением, отбеливание гипохлоритом;

2) опаливание, расшлихтовка, отварка в котле с едким натром под давлением, отбеливание перекисью водорода в котле при высо- • ких температурах;

Рис. 44. Схема секции для непрерывной отбелки ткани си­ стемы Дюпон

3) опаливание, расшлихтовка, непрерывная отварка на едком натре и отбеливание перекисью водорода.

Из этого сравнения сделан вывод, что практически все про­ цессы дают удовлетворительные результаты; в действительности различия между обработанными тканями сравнительно невелики.

7.РАЗЛОЖЕНИЕ ПЕРЕКИСИ ВОДОРОДА И ЕЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ

СЦЕЛЛЮЛОЗОЙ

Механизм разрушения природной окраски хлопка под дейст­ вием перекиси водорода неизвестен, а изучение реакции перекиси водорода с целлюлозой чрезвычайно затрудняется вследствие ка­ талитического разложения перекиси водорода под действием даже очень малого количества ионов тяжелых металлов. Однако, не­ смотря на эти трудности, выявлены некоторые интересные факты.

Большое значение имеют две реакции — диссоциации и обра­ зования кислорода:

Н2 Ог -> H+ + H W ; 2Н2 02 2Н2 0 + 02 .

Образование кислорода можно рассматривать как нежелатель­ ную побочную реакцию, не участвующую в отбеливании ткани [9]. Для определения количества кислорода, используемого для отбе­ ливания или деструкции волокна, необходимо определить общее количество используемой перекиси водорода, а также количество выделившегося кислорода. Рациональная технология отбелки должна предусматривать малое выделение свободного кислорода.

Разложение перекиси водорода является сложным процессом, включающим гомогенную реакцию в растворе и гетерогенные реак­ ции на поверхностях, например, сосуда, в котором идет процесс,

целлюлозы волокна и коллоидных веществ, присутствующих в си­ стеме. Поэтому результаты одной серии опытов, полученных в одних условиях, следует с осторожностью применять к другим условиям эксперимента [28]. Это обстоятельство учитывали при определении количества выделившегося кислорода и расхода пере­ киси водорода при отбеливании сурового и отбеленного хлопка. Отбеливание проводили в растворе 0,13 и. Н2О2 в присутствии си­

зывают, что хлопок ускоряет разложение перекиси водорода, при­ чем это влияние возрастает по мере уменьшения модуля ванны.

При вычислении расхода перекиси с учетом разложения ее хлопком необходимо учитывать, что суровый хлопок разлагает перекись водорода в большей степени, чем отбеленный (рис. 47) ; наибольшее разложение перекиси происходит в случае сурового хлопка в первые один или два часа. Требуется определенный про­ межуток времени, прежде чем отбеленный хлопок вызовет разло-

84

жение некоторого количества кислорода. Это, а также высокая скорость выделения кислорода в данных условиях говорят о том, что отбеленный хлопок оказывает сильное каталитическое влияние на разложение перекиси водорода. Отсюда следует, что ускорение разложения перекиси во­ дорода в присутствии су­ рового хлопка происхо­ дит за счет загрязнений хлопка, способных окис­ ляться; после окисления они оказывают стабили­ зирующее действие на перекись водорода.

Перекись водорода является более мягким окислителем, чем гипохлорит, поэтому целлю­ лозные волокна можно обрабатывать перекисью водорода при температу­ рах, близких к кипению,

без заметной деструкции волокна. Были проведены сравнитель­ ные исследования по определению степени деструкции и других свойств тканей, подвергнутых белению перекисью водорода (хлоп­ чатобумажные ткани 16 видов).

80\ >? 70

Ö60

«а

30

S 40

Si 30

ого

w

Ö

О.

Рис. 47. Расход кислорода при обработке сурового и отбеленного хлопка раствором перекиси водорода (обозначения те же, что и на рис. 46)

Средние результаты этих испытаний, полученные на основании данных промышленных предприятий США, представлены в табл. 22.

I Повреждение хлопка происходит в жестких условиях, завися­ щих от величины pH. Как видно из рис. 48, кривые зависимости

85

кись водорода из водного раствора, причем количество поглощен­ ной перекиси уменьшается с возрастанием величины pH; установ­ лено, что после запаривания ткани текучесть растворов целлю­ лозы возрастает с повышением количества перекиси, поглощенной тканью [18]. Белизна ткани также возрастает с количеством пог­ лощенной тканью перекиси (рис. 49).

Разложение перекиси водорода соответствует реакции первого порядка, т. е.

1 0 § ( н е р а з л о ж . H a O a ) g 303 '

где k — константа скорости реакции.

Константы скорости разложения перекиси уменьшаются в сле­ дующей последовательности: отваренная ткань > отбеленная ткань > чистый раствор; это дает представление о различных скоростях разложения перекиси в присутствии и в отсутствие ста­ билизатора.

Опыты проведены на хлопчатобумажной ткани, расшлихтован­ ной и отваренной в мыльно-содовом растворе при кипячении. От­ белку проводили перекисью водорода.

87

Интересно отметить, что отбеливающий эффект, оцененный по коэффициенту отражения ткани, зависит от степени разложения перекиси; стабилизированные растворы, как следовало ожидать,

Т а б л и ц а 24

Кинетика разложения стабилизированных и нестабнлизированных отбеливающих перекиси ых растворов

Т а б л и ц а 25

Скорость разложения растворов перекиси водорода при 90°С для отваренной и обеззоленной ткани [28]

8. РАЗЛОЖЕНИЕ ПЕРЕКИСИ ВОДОРОДА В ПРИСУТСТВИИ МЕТАЛЛОВ

Каталитическое разложение перекиси водорода в присутствии металлов может происходить при контакте с твердым металлом или при взаимодействии с ионами металла в растворе. Некоторое представление о механизме катализа, вызванного твердыми метал­ лами, можно получить при простом погружении металла в твердом виде в раствор перекиси (табл. 27).

Из табл.27 видно, что у большинства испытанных образцов наибольшее разложение происходит под действием ржавчины.

Многие металлы действуют как катализаторы, разлагающие перекись водорода, однако на практике наибольшую опасность представляют медь и железо.

Известно, что присутствие на ткани железа и меди является причиной ускоренного разрушения волокон при перекисном беле­ нии. Деструкция волокна в этом случае может быть настолько сильной, что образуются дырочки. Для предотвращения этого ионы металлов можно удалить из ткани путем обработки ее разбавлен­ ной кислотой перед обработкой перекисью водорода.

Металлические загрязнения могут попадать на ткань различ­ ным путем: в виде ржавчины от труб или мелкой стружки от дета­ лей машин и др.

90