Отваривание тканей. Щелочная отварка является основной операцией процесса подготовки хлопчатобумажных тканей. Назначение этого процесса заключается в удалении природных примесей целлюлозы, а также примесей, нанесенных на волокно в прядении и ткачестве. Одновременно с этим необходимо обеспечить равномерную и высокую смачивающую и сорбционную способность при максимальном сохранении исходных физико-механических свойств хлопкового волокна.
Это достигается в результате происходящих при отварке сложных физических, химических и коллоидно-химических процессов, таких как адсорбция, диффузия, набухание, растворение, эмульгирование, гидролиз и окисление. Эффективное удаление примесей целлюлозы и получение высокой капиллярности достигается лишь при горячих щелочных обработках. Гидрофобные свойства хлопка обусловлены наличием на наружной поверхности волокна пектиновых, азотсодержащих белковых и воскообразных примесей.
В процессе отварки в волокне протекают следующие химические процессы. Пектиновые вещества под действием щелочи при высокой температуре гидролизуются с образованием водорастворимых продуктов пентозы, гексозы и др. Белковые соединения в щелочной среде гидролизуются, а образующиеся натриевые соли аминокислот не только способны переходить в раствор, но и являются хорошими эмульгаторами, способствующими интенсивному удалению воскообразных веществ и других загрязнений с поверхности волокна.
Воскообразные примеси, представляющие собой сложные эфиры высших кислот с жирными спиртами, частично гидролизуются под действием щелочи Выделяющиеся при этом, хотя и в незначительном количестве, жирные кислоты пальмитиновая, стеариновая, олеиновая под влиянием щелочи образуют натриевые соли - мыла, обладающие высокой поверхностной активностью, хорошей растворимостью в воде и высокой эмульгирующей способностью.
Такие вещества называют поверхностно-активными ПАВ , поскольку они способны снижать поверхностное натяжение на поверхности раздела фаз варочная жидкость - воскообразные частицы. Молекулы ПАВ своими гидрофобными концами вступают в контакт с воскообразными примесями и полярными гидрофильными группами ориентируются в сторону варочного раствора. При этом расплавленная капля воска стягивается по периметру, превращаясь в шарообразную микрокаплю, удерживаемую поверхностью волокна в одной точке как это показано на рис.1. волокно Рис.1. Механизм эмульгирования воскообразных примесей Эмульгированные поверхностно-активными веществами воскообразные частицы отрываются от поверхности волокна и переходят в раствор, образуя устойчивую эмульсионную систему. Путем омыления жировых веществ удаляется около 40 воскообразных примесей, остальные выводят из волокна введением в варочную жидкость дополнительного количества ПАВ. Последние должны обладать не только поверхностно-активными свойствами, но и высокой эмульгирующей способностью, то есть не вызывать слипания частиц и расслаивания эмульсии.
ПАВ должны биологически расщепляться в сточных водах, обладать устойчивостью к действию высоких температур и быть сравнительно недорогими.
Экстрагированные из волокна примеси и образующиеся при отварке осадки гидроксидов металлов должны удерживаться в растворе и повторно не сорбироваться волокном. Минеральные вещества, сопутствующие целлюлозе, при взаимодействии со щёлочью образуют гидраты, растворимые в воде, и удаляются при промывке.
В процессе отварки не исключена возможность каталитического окисления целлюлозы активным кислородом, так как при высокой температуре обработки кислород воздуха в присутствии щелочей образует перекисные соединения. Последние взаимодействуют с целлюлозой, в результате чего получается оксицеллюлоза. Об этом свидетельствует снижение вязкости медно-аммиачных растворов целлюлозы в процессе варки. Данные теоретические предпосылки учитываются при реализации процесса отварки на практике.
Так в состав варочной жидкости кроме гидроксида натрия основного компонента, разрушающего практически все примеси и ПАВ дополнительно вводят силикат натрия - Na2SiO3 и восстановители традиционно бисульфит натрия - NaHSO3 . Силикат натрия адсорбирует продукты распада естественных примесей целлюлозы и тем самым устраняет возможность их повторного осаждения на волокно. Кроме того, он выступает в качестве защитного средства, препятствующего образованию на ткани осадков гидроксидов металлов в виде ржавых пятен.
Последние образуются в варочной жидкости из компонентов, содержащихся в воде - солей железа, солей жёсткости и др в виде устойчивых коллоидных гидрозолей. Силикат натрия коагулирует их, превращая в грубодисперсные частицы, не способные сорбироваться волокном. Восстановители в составе варочной жидкости выполняют две функции защищают целлюлозу от окисляющего действия кислорода воздуха и способствуют удалению лигнина, содержащегося в механических примесях в виде галочек. Помимо бисульфита натрия, в условиях непрерывных процессов отварки при высоких концентрациях щёлочи, в качестве восстановителей рекомендуют использовать ронгалит, диоксид тиомочевины, тиомочевину, сульфид натрия, а в последние годы - антрахинон и его производные.
На качество отварки оказывают влияние такие факторы как сортность хлопкового волокна, характер крутки, линейная плотность пряжи, структура ткани и др. В зависимости от этого отварку проводят либо в варочных котлах периодический способ, либо в запарных варочных аппаратах или запарных машинах различной конструкции непрерывные способы. Периодический способ отварки тканей в котлах обеспечивает высокое качество обработки и является незаменимым при подготовке марли, а также плотных, тяжелых тканей, выработанных из засорённого хлопка.
Принцип работы котла заключается в двустороннем сверху вниз и снизу вверх прокачивании варочной жидкости с концентрацией щёлочи 9 - 12 г л при температуре 130оС в течение 4 часов через толщу текстильного материала, плотно и равномерно уложенного в котле в виде жгута. Со всеми подготовительными операциями - загрузка ткани, заполнение котла раствором, разогрев варочной жидкости, расхолаживание котла, выборка ткани - общая длительность цикла отварки составляет 12 часов.
Поэтому обработка тканей периодическим способом - процесс весьма трудоёмкий и длительный, требующий большого расхода электроэнергии и воды. Непрерывные способы отварки, как и периодические, должны обеспечить высокую капиллярность ткани, но за более короткое время 1 час. На практике это достигается повышением концентрации веществ, содержащихся в варочной жидкости.
Так концентрацию основного компонента - гидроксида натрия - увеличивают в 3 раза, а при ускоренных способах отварки она составляет 100-130 г л. Щелочная отварка по непрерывному способу осуществляется на поточных линиях, в состав которых могут входить машины различной конструкции.
Пропитанная варочной жидкостью ткань в виде жгута или расправленного полотна обрабатывается насыщенным водяным паром при температуре 101 - 103оС в течение 1 - 2 часов, а затем тщательно промывается. Машины для непрерывной обработки тканей входят в состав линий беления и составляют секцию отварки. Этим достигается высокая производительность непрерывных способов подготовки беления хлопчатобумажных тканей. Исключительно важную роль при этом играет паровая среда, в которой ткань быстро прогревается и набухает, что значительно интенсифицирует процесс удаления примесей. Сама ткань выполняет функции реактора, поскольку все рассмотренные ранее процессы удаления примесей протекают непосредственно в её структуре. 2.4