ИТС 39-2017 Производство текстильных изделий (промывка, отбеливание, мерсеризация, крашение текстильных волокон, отбеливание, крашение текстильной продукции)

     2.1.9 Беление текстильных материалов

Беление - это процесс обработки тканей окислителями с целью разрушения окрашенных примесей для придания материалам устойчивой белизны. Основными качественными показателями отбеленной ткани являются равномерность и устойчивость белизны при сохранении механической прочности. Белизна служит одним из важнейших показателей качества различных волокнистых материалов. Качество беления определяет качество последующих стадий и этапов отделки (крашения или печатания). Белизна характеризуется коэффициентом отражения, который для нормально отбеленной хлопчатобумажной ткани равен 83%, для сорочечных тканей - 87%-88%.

В отечественной практике в качестве отбеливателей применяют главным образом окислители: пероксид водорода, гипохлориты натрия и кальция, реже надкислоты. Следует подчеркнуть, что отбеливающее действие оказывают не сами окислители, а продукты их превращения. Практически исключено использование хлорита натрия и завершается процесс исключения гипохлорита натрия из технологических регламентов беления льняных и полульняных тканей. Существенно сокращено использование гипохлорита натрия в льняном производстве за счет оптимизации поэтапных технологий пероксидного беления.

Пероксид водорода - слабая кислота, константа диссоциации которой (на и ) при температуре 25°С равна 2,4-12. В настоящее время он используется для отбеливания более 90% текстильных материалов. Пероксид водорода диссоциирует по уравнению:

.

Пергидроксил-ионы являются белящими агентами и разрушают окрашенные примеси. В растворе всегда присутствует некоторое количество свободных радикалов: Свободный радикал также окисляет окрашенные примеси. Ион сравнительно неустойчив и может распадаться с выделением молекулярного кислорода: Разложение пероксида водорода с выделением кислорода - каталитический процесс, который ускоряется под действием ионов металлов (меди, железа, никеля и др.).

Применяемая в текстильной промышленности вода содержит соли жесткости - гидрокарбонаты, сульфаты, хлориды и само природное волокно, соли кальция и магния (пектиновые соли). Хлопок машинного сбора уже может содержать 1000-2500 мг/кг ионов кальция, что может служить причиной повышенной жесткости хлопчатобумажной ткани. Поэтому в белящую систему требуется введение стабилизаторов. Силикат натрия является активным поглотителем солей жесткости за счет обменной реакции иона в полимерных коллоидных системах на ионы и . Однако наряду с несомненными достоинствами силикат натрия имеет и существенные недостатки. Получаемые с кальцием и магнием коллоиды имеют склонность к постепенному отложению на деталях оборудования, особенно в теплообменниках, а также на тканях. Удалить также силикатные осадки удается в настоящее время лишь механическим способом.

Как показала практика, наиболее эффективным способом предупреждения образования осадка кремниевой кислоты является замена жидкого силиката метасиликатом натрия. Метасиликат - это кристаллический порошок, хорошо растворимый в воде. В нем содержится: % - 27%-29%, - 28%-30,5%, Fe - 0,05%, 1,44 г/см, силикатный модуль 1.

В настоящее время предлагаются бессиликатные технологии беления. Известны стабилизаторы на основе модифицированного силиката натрия, снижающего склонность к осаждению осадков. Предлагается использовать о-силикат калия, который получают смешением гидроксида калия и силиката натрия при соотношении компонентов 4:1. Этот стабилизатор не образует осадков на ткани и оборудовании и легче отмывается. Использование в качестве стабилизатора вольфрамата калия позволяет полностью исключить силикат натрия при перекисном белении.

Значительной интенсификации процесса перекисного беления достигают при использовании в качестве активирующих добавок амидов карбоновых кислот (карбамид или мочевина). При введении в перекисную ванну амидов карбоновых кислот, в частности мочевины, достигается значительная интенсификация перекисного беления. При этом процесс проводят при pH 7,5-10,5. Содержание силиката и гидроксида натрия в данном случае снижается в 3 раза.

Технологический режим беления включает следующие операции. Сначала суровую ткань отваривают по ускоренному режиму при концентрации едкого натра в варочном составе 40-60 г/л, промывают и пропитывают перекисным раствором, содержащим 17-18 г/л 30%-ного пероксида водорода, 15 г/л карбамида и 10 г/л силиката натрия. Продолжительность запаривания - 25-30 мин. Оптимальное содержание амида в белящем составе составляет 2%-3%. При выборе технологического режима необходимо учитывать возможное загрязнение сточных вод амидами.

Особую группу стабилизаторов составляют комплексообразователи. Наибольшее распространение в этом случае имеют органофосфаты, которые более устойчивы в перекисных растворах, обеспечивают более высокую белизну, лучше диспергируют загрязнения и предупреждают образование осадков силиката натрия. Кроме них, используют также диэтилентриаминпентаметилфосфоновую, аминотриметилфосфоновую, оксиэтилендифосфоновую, этилендифосфоновую кислоты. Комплексообразующие вещества обычно включают в состав стабилизирующих композиций, одновременно содержащих аминокарбоновые кислоты, соли магния, ПАВ и иногда оптические отбеливающие вещества.

Другим достижением в области перекисного беления является применение твердых перекисных соединений - монопероксигидрата мочевины, персульфатов натрия и калия. Пероксосиликаты - активные кислородсодержащие окислители. Избыточное их образование в белящей ванне вызывает опасность деструктивных процессов. Однако доказано, что в обычных условиях проведения процесса беления с использованием технической воды, содержащей соли жесткости ( и ), стабилизирующее действие силиката натрия увеличивается. Стабилизирующее действие солей магния на процесс разложения пероксида водорода заключается в снижении активности пероксосиликатов. В результате скорость реакции, вызывающей разрушение волокна, снижается, а отбеливающее действие пероксида водорода усиливается. Образуется смесь продуктов с различной степенью полимеризации, которая вместе с примесями органических веществ и солями жесткости воды образует труднорастворимые осадки на ткани и оборудовании.

С целью снижения возможности образования силикатных осадков в качестве стабилизаторов рекомендуется применять различные формы деполимеризованного жидкого стекла, которое получают при взаимодействии силиката натрия с щелочами в различном соотношении: метасиликат натрия (1:1), ортосиликат калия и натрия (2:1). По сравнению с силикатом эти препараты легко отмываются с ткани и не образуют осадка на оборудовании. Для усиления стабилизирующего действия силикатных стабилизаторов в отбеливающий состав добавляют соли магния, хлористый аммоний и вольфрамат калия.

Наибольшее распространение получил триполифосфат натрия. При низких концентрациях (до 4 г/л) триполифосфат действует как активатор. Полифосфаты в отличие от силикатов обладают ограниченной буферной емкостью, поэтому используются при низкой щелочности перекисных растворов и находят практическое применение при белении льна и гидратцеллюлозных волокон.

Широкое распространение получили комплексы на основе производных фосфоновой кислоты: нитрилотриметилфосфоновая кислота и фосфоноуксусные комплексоны, этилендиаминфосфоноуксусная кислота и фосфоноуксусные комплексоны, этилендиаминфосфоноуксусная кислота.

Комплексообразующие вещества обычно включают и стабилизирующие композиции, которые одновременно содержат аминокарбоновые кислоты, соли магния, органофосфонаты, например смесь нитрилуксусной кислоты, водорастворимой соли магния и 1-оксиэтилендифосфоновой кислоты. Использование такой композиции в количестве 0,1%-5% гарантирует получение белизны 90% при полном исключении силиката натрия из раствора.

В настоящее время все большее значение приобретает активация пероксида водорода путем взаимодействия с различными веществами, образующими с ним соединения более высокой активности. Это вызвано увеличением производства тканей, содержащих синтетические волокна, чувствительные к щелочным агентам, а также необходимостью полного исключения силикатных стабилизаторов при белении материалов со структурированной поверхностью (трикотажное полотно, махровые ткани, корд, вельвет и др.), производство которых неуклонно растет.

Существует целый ряд веществ, способных к реакциям ацилирования с пероксидом водорода. В результате образуются моно- и диалкилолпероксиды, которые являются активными промежуточными продуктами, обладающими белящими свойствами.

Еще одно из интересных направлений - это введение полимерных цепных молекул (ПЦМ) в раствор пероксида водорода, что приводит к изменению равновесия между ассоциированной и неассоциированной формами пероксида водорода в растворе - преимущественному образованию неассоциированной формы пероксида водорода:

Неассоциированные молекулы пероксида водорода (образованные в результате введения цепных молекул) обладают меньшей реакционной способностью к распаду по сравнению с обычными, ассоциированными формами пероксида водорода в растворе. Поэтому добавки полимерных цепных молекул приводят к существенному снижению скорости распада пероксида водорода в условиях его транспортировки, хранения и получения в соответствующих технологических процессах. Стабилизация пероксида водорода, проведенная в реальных условиях его хранения (например, на текстильных предприятиях), позволяет на 2%-4% снизить его непроизводственные потери. В реальных условиях хранения пероксида водорода на промышленных предприятиях (около 20°С, следы катионов железа) без использования ПЦМ в качестве стабилизатора концентрация пероксида водорода через 20 сут снизилась с 32 масс. % до 27 масс. % (потери около 5%). В то же время с использованием добавок ПЦМ потери пероксида водорода составили в тех же условиях 1%-2%.

Использование данной технологии позволяет исключить образование труднорастворимых осадков на технологическом оборудовании (силикатов); исключить образование натиров на ткани; обеспечить высокие показатели качества ткани (капиллярность, белизна); сократить в ряде случаев время обработки ткани в запарном аппарате (ЗВА) с 3 до 2,5 ч и, как следствие, снизить количество потребляемого пара на 15%-17%; сократить в ряде случаев количество ванн для отбеливания с 3 (базовый вариант) до 2 единиц.

Для эффективного отбеливающего действия пероксида водорода считается достаточной жесткость воды 1,8-3,6 мг·экв/л, есть указания и на меньшую жесткость - 0,7-1,8 мг·экв/л. Таким образом, беление не рекомендуется проводить в умягченной воде, а для удаления осадков необходимо предложить другие эффективные методы.

Разработаны бессиликатные стабилизирующие системы для пероксидного отбеливания тканей на основе антрахинона и его производных (сульфоантрахинон I, сульфоантрахинон II и этилантрахинон). Наиболее распространенными промышленно-используемыми активаторами, применяющимися в CMC для отбеливания, в настоящее время являются TAED (tetra acetyl etilen diammine), нонаноилнатрияоксибензосульфонат (sodium nonanoyl oxy benzene sulfonate (NOBS)), тетраацетил гликолурил (tetraacetyl glycoluril (TAGU)), пентаацетил глюкоза (pentaacetyl glucose (PAG)). Эти активаторы позволяют снизить рабочую температуру процесса беления до 40°С-60°С, тем самым снизить энергопотребление и температуру сточных вод.