Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕШ: Повышение благосостояния народа требует всемерного развития отраслей, производящих тозары широкого потребления, в том числе текстильной промышленности. Одним из основных видов сырья для текстильной промышленности является льняное волокно, потребность которого в народном хозяйстве все более возрастает, несмотря на увеличивающийся объем прг зводства хлопка, шерсти, искусственных и синтетических волокон. Это объясняется высокой гигиеничностью и износоустойчивостью изделий из льна. Поэтому в последние годы все большее внимание уделяется развитию промышленности первичной обработки льна. В постановлении Щ КПСС и Совета Министров СССР № 538 от 7.05.1985 года "О дальнейшем развитии и повышении эффективности сельского хозяйства и других отраслей агропромышленного комплекса Нечерноземной зоны РСФСР в 198б-1990гг" предусмотрено повысить урожайность и качество, а также сохранность льна-долгунца, значительно поднять эффективность промышленности первичной обработки лубяных культур.
Традиционный способ приготовления тресты расстилом льняной соломы составляет в настоящее время около'75$ всего объема заготовок тресты. В последние годы наблюдается неуклонное снижение качества стланцевого волокна, вызванное неблагоприятными погодными условиями и сильным одревеснением льняного сырья, которое препятствует нормальному развитию микробиологических процессов при расстиле. В Нечерноземной зоне РСФСР до,' одной трети урожая гибнет из-за невозможности его уборки в оптимальные сроки вследствие повышенной влажности, нехватки рабочих рук и недостаточной механизации уборочных работ. В связи с этим для повышения стабильности производства и заготовок льна; предусмотрено увеличить объем промышленного приготовления тресты до 50-60^ от общего объема производства. Существующие промышленные способы приготовления тресты - тепловая мочка и пропаривание льносоломы (термохимический способ) - имеют целый ряд недостатков, которые-тормозят их широкое внедрение. Повышение эффективности технологии первичной обработки льна требует сокращения, производственного цикла приготовления тресты и повышения качества волокна.. Биологические способы приготовления волокна на основе тепловой мочки льна позволяют довести продолжительность процессов до 22-36 часов. При этом моченцовое волокно имеет более низков качество, чем стланцевое волокно. Дальнейшее сокращение продолжительности приготовления тресты возможно
в результате применения физико-химических воздействий.
На основе реакции термического кислотного гидролиза полимерных компонентов стебля бій разработан и внедрен в промышленность ' способ приготовления тресты пропариванием льносоломы. Продолжительность цикла пропаривания составляет всего 4 часа. Однако паренцо-вое волокно значительно уступает по качеству стланцевому и мочен-црвому и используется в производстве технических тканей. Многочисленные попытки повысить качество паренцового волокна не дали желаемого результата. Недостатком большинства работ является то, что они носили в основном технологический характер. В связи с этим закономерности химических л физических превращений компонентов льна в процессе выделения и переработки волокна в настоящее время не вскрыты в должной степени. Это относится и к вопросам агротехники возделывания льна, селекционной работе.
Дальнейшее совершенствование технологии переработки льносырья и улучшение качества,.волокна требует детального изучения вопросов химии и фивики льна, разработки физико-химических представлений о качестве льняного волокна.
Только на этой основе можно осуществить правильный методический подход к интенсификации технологических процессов первичной обработки льносырья, сохранив при этоы высокое природное качество льняного волокна. В связи с этил разработка физико-химических основ технологии получения льнотресты является актуальной задачей промышленности первичной обработки лубяных волокон.
Настоящая диссертационная работа выполнена на основании Всесоюзной нйучно-технической программы 0.СХ.2І "Разработать и внедрить интенсивную технологию производства льна-додгуица, средства механизации и автоматизации, новые высокопродуктивные сорта, обеспечивающие увеличение сборов и улучшения качества льняной соломы и тресты на 1986-1990 годы", в которой этапом 03.04.Нб поручено :
исследовать технологичасний процзсс получения .льнотресты физико-химическим способом с сохранением высокого качества волокна ; *
03.04.Н4. Изучить действие консервирующих веществ и разработать способ и средства для консервирования влажного льносырья ;
разработать методы оценки качесаза волокна на ранних этапах селекции;
-совершенствованиб термохимического способа получения тресты льна о целью повышения качества волокна.
. ' з
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Основной цэлью исследования является разработка научных основ рационального применения физико-химических воздействий для интенсификации процессов первичной обработки льна и повышения качества льняного волокна.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи :
I. Разработать физико-химические представления о качестве льняных волокон :'.'
.-рассмотреть химический состав и строение'основных компонентов стебля и волокна льна, предложить модель строения полимерного вещества клеточных стенок волокна, уточнить-природу клеящего комплекса стебля I
-на основе молекулярно-киштических представлений о деформациях льняного волокна в процессе прядения установить функциональную зависимость прядильной способности от химического состава и структуры волокна ;
'«-' экспериментально выявить важнейшие факторы строения льняных волокон, определяющие прядильную способность, и установить их оптимальные параметры! .
разработать и усовершенствовать методы комплексного исследования химического состава и структуры компонентов льна }
разработать физико-химический мэтод оценки прядильной способности волокна ;
изучить природу соединений, обусловливающих цветность льняного стебля и волокна и разработать г^етод экспресс-оценки способности волокна к отбеливанию.
-
Сформулировать основные принципы построения технологического процесса получения льнотресты с сохранением природного качества волокна.: ' '
-
Исследовать влияние существующих способов приготовления " тресты ( расстила, тепловой ночки, прогаривания) на химический состав, структуру, физико-химические и технологические свойства льняного волокна ; выявить причины снижения качества моченцового и паренцового волокна.
-
Изучить возможность усовершенствования термохимического,-способа получения льнотресты, повышения качества паренцового волокна :
. - исследовать физико-химические закономерности отдельных стадий
термохимического способа получения льнотресты ; выявить негативные процессы, снижающие качество паренцового волокна^ ;
упростить технологическую схему процесса проваривания и сделать : более рациональной стадию выхода автоклава на режим ;
изучить роль низконолекулярных соединений в процессе пропарива-ния льиосолсда, устранить их влияние На качество волокна путем " более полного удаления из стеблей на стадий замочки ;.' /
разработать технологический реяим пропаривания льносоломы с применением, химических реагентов на стадии замочки. .'.'..
,. 5.'. Разработать научный подход к созданию технологии физико-
химического способа получения льнотресты, с сохранением природного
качества волокна: ' :: ;
обосновать' выбор химических реагентов для растворения пектиновых веществ стебля льна, исследовать физико-химические закономерности' этого процесса-и выбрать оптимальные условия ;
разработать технологический режим получения льнотресты с пршенеки-ем химических реагентов, построенный в соответствии с требованиями,^ направленными на сохранение природного качества волокна ; .'.:. '.';.; .
исследовать прядильную способность волокна,- полученного физико-химическим способом ; -
провести производственные испытания и оценку технико-экономической' эффективности физико-химического способа получения льнотресты ;
разработать рекомендации по регенерации варочных растворов и ' создании замкнутогоцикла водопотрабления.
t 6. Повысить сохранность влажного льносырья при хранении путем применения консервантов :
исследовать физико-химические процесор, происходящие при хранении и консервировании' влаашого льносырья ;
обосновать выбор консерванта, позволяющего сохранить природные свойства льняного'волокна при длительном хранении сырья повышенной влажности ( до 60$) $
провести оптно-производственнуї) переработку консервированного льносырья на льнозаводе и оценить качество подученного волокна прядением. ''...-;; "
' . '.' , ' і '
МЕТСЩЦ ИССЩОВ/ШИЯ. Работа включает теоретические и экспериментальные исследования. В свете современных представлений о строении и свойствах природных целлюлозных материалов рассмотрены особенности химического строения и надмолекулярной структуры основных компонентов стебля и волокна льна. Влияние полимерных компонентов -волокна на его механические и технологические свойства рассмотрено
на базо основных положений физики и химии высокомолекулярных соединений.
Химические превращения компонентов стебля и волокна при обработке льносырья математически описаны, на основе топохимических реакций) осложненных внутренней диффузией.
Комплексную оценку физико-химических свойств льняных материалов проводили с помощью ; .
классических методов химического анализа основных компонентов
льна - пектиновых веществ„ геыицэллюлоэ, целлюлозы, лигнина, липи-
дов, зольных элементов J . )
-физико-химических методов -фотометрического метода определения
степени одревеснения срединных пластинок по реакции Мейле, слек-
трофотометрического метода анализа углеводов и уроновых кислот с
помощью о-толуидинового реагента, анализа растительных фенолькых
соединений методом дифферанциальной .спектроскопии, анализа амино
кислот и белков методом жидкостной хроматографии с помощью автома
тического анализатора-AAA-S8Iо ,
' Для исследования структуры волокон использовали метод инфракрасной спектроскопии и рентгеноструктурный анализо
Природу хромофорных систем льняного ст.ебля и волокна изучали спектрофотометрическим методом по спектрам отражения и методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР).
Технологическую оценку качества льносырья и волокна проводили инструментальными методами в соответствии с существующими ГОСТами. Оценка качества волокна в прядении проводилась в лаборатории сырья Костромского научно-исследовательского института льняной промышленности.
Обработка результатов экспериментов выполнена в соответствии с методами математической статистики. Для проведения необходимых . расчетов использована ЭВМ "Искра-1256".
« НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Впервые предложен комплексный подход к оценке физико-химических свойств льняных волокон, позволяющий целенаправленно влиять на качество льна на различных этапах его промышленной переработки. Вскрыты взаимосвязи ыеяду химическим составом, струя-турой льняных волокон и их механическими свойствами, способностью к прядению. Впервые показана положительная роль гемицеллюлоз и лигнина в прядении льна, которая теоретически обоснована в свете современных представлений о строении полимерного вещества клеточных
стенок целлюлозных волокон.Установлены оптимальные значения пара-<
метров структуры волокна, определяющие его высокую прядильную спо
собность. " ' 5 ' .' ."-."..' | .
. Проведена идентификация/соединений, обусловливающих цветность : стебля и волокна льна ; изучена их устойчивость в процессах переработки льносырья. Впервые доказано, что наиболее существенно затрудняют отбеливаеіюсть волокна свободные радикалы лигнина, кон- 'Центрация и устойчивость которых зависит от условий приготовления тресты.
. Исследованы физико-химические процессы, протекающие при получении льнотресты и сформулированы основные, принципы рационального построений технологии;получения льняного сырья, сохраняющего БЫ- ! сокое природной качество льна. Выявлены недостатки существующих способов приготовления тресты. Впервые теоретически и'экспериментально доказано, что термохимический способ приготовления льно- ; тресты ( пропаривание), основанный на термическом кислотном гидролизе, принципиально уступает1 биологическим способам яо характеру распада компонентов клеящего кошлекса и имеет ограниченные воз-нокности в плане повышения качества волокна.
'Установлена отрицательная роль низкоьзолиулярных соединений В процессе пропаривания льносолош. Исследовани физпко-хшлические закономерности процесса экстракции низкоуолекулярных соединений стебля льна и определены кинетические параметры этого процосса.
Изучены кинетика и механизм растворения пектиновых веществ в водных растворах химических соле{'и Теоретически и экспериментально обоснован'выбор реагента - гидрофосфата ашония для разработки физико-химического способа получения льнотресты с сохранением высокого качества волокна.
Исследованы физико-химические процессы, протекающие при хранении* и консервировании влааного льносырья. ' - -
Экспериментально доказано, что применение-консерванта - безводного-аммиака позволяет,полностью сохранить природные свойства льняных волокон при длительном хранении льнооырья повышенной влажности. ','. / - ' / '
і '
На основании проведенных исследований разработан физико-химический метод оценки, качества льняных волокон.
На основе данного метода составлены методические указания по оценке качества льняных волокон на ранних этапах селекции, которые утверждены бюро Отделения растениеводства и селекции ВАСХНИЛ ( протокол № б от 2'июня 1986 года) и изданы ВАСХНИЛ в 1988 году. Методические указания направлены в Селекционный центр СССР по льну-долгунцу ( ВНИИЛ, г.Торяок) и опытные селекционные станции.
Использование' физико-химического метода для оценки качества волокна позволяет сократить продолжительность селекционной работы на три года для селекционных номеров с низким качеством волокна, которые выбраковываются. При этом экономический эффект в селекции ' составляет 26,0 тыс рублей на один сортообразец и значительно сокращается объем селекционной проработки.
изико-химический метод оценки качества льняных волокон использован в лаборатории стандартизации БНИИЛ для подбора эталонных об-' разцов стланцевых волокон, при разработке инструментального метода оценки качества волокон по цвету.
Наряду с оценкой прядильных свойств волокна разработан метод экспресс-оценки способности льняных материалов к отбеливанию. Усовершенствованы метода химического анализа основных компонентов льна. На этой базе в'Костромском технологическом.институте создана з IS87 году межвузовская научно-исследовательская лаборатория химии льна для оказания услуг в рамках мекзузовской кооперации.
Разработанные физико-химические представления позволили установить основные причины снижения качества льняных волокон, наблюдаемого в настоящее время.
Предложены новые технологические решения термохимического способа получения льнотресты, которые позволили повысить выход и качество длинного волокна С А.С. Г? 1035100). Для устранения окислительной деструкции компонентов стебля в процессе пропаривания и более эффективного распада пектиновых веществ изменен выход автоклава на режим - использовано вытеснение кидкости после замочки» паром. Для снятия'внутренних напряжений усилен огяим влажной тресты и промин на мяльной машине ; проведена корректировка режима пропаривания с учетом многократного использования неочищенной технологической жидкости. Внедрение данных разработок в цехах пропаривания дало реальный экономический эффект более -500 тыс. руб. в год.
Предложен технологический режим пропаривания льносоломы с применением соды и серной кислоты, который позволяет значительно С на 2-3. номера) повысить качество паренцового волокна.
Разработаны основные принципы создания замкнутого производст-
венного цккла-получения льнотресты физики- химическим способом с продолжительность» не более'4-х часов. Предложен технологический
режим приготовления тресты, основанный'на варке льносоломы в растворе ;гидрофосфата аммония, который позволяет получать волокно высокого качества ( А.С. V> 1467095). На Дзержинском льнозаводе ( г.Минск) создан'экспериментальный участок для отработки физико-химического способа получения тресты в опытно-промышленных условиях. Данную технологи» планируется использовать при реконструкцій цехов пропарйваяия льнозаводов. Волокно, получаемое физико-хкмичес-клы способом,, .имеег высокую прядильную способность и отбеливаемость. Оно может.быть .использовано для получения высокономерной беленой пряжи» требуемой б производстве- чисто льняных тканей бытового на- , значения. Ожидаемый экономический 'эффект'отвнедрения физико-химического способе в цехах пропаривання составит 27 руб.' на X тонну : волокна.' . , ' ; ' ;.- .. ..
Совместно с НИПТИМЗСХ НЗ'РКСР, ШИШІ, ВНЙИСХМ разработана териология хранения к последующей переработки влажной льнотресты Б
'.рулонах с-применением консерванта - безводного агаиака. Данный способ консервирования-позволяет Хранить в течение длительного времени' (До 6 месяцев) тресту с"влажностью-до 60/2 и сохранить'качество волокна на уровне, "сухого -контрольного образца, . .
Внедрение технологии хранения трести с применением'консерванта безводного аммиака, позволяет предотвратить потери дьносырья при неблагоприятных погодных условия?:. Экзно.чичсскпЛ сфркт данного способа хранения по сравнению со способов роишации трасты в рулонах с искусственной сушкой составляет 34,77 руб/т.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ.' Основные положения диссертационной работы доложены и обсузядены і : ' ~ * *" ' * ; . '
- на ХХІУ Ш80) >ХХХ1 (1983) научных конференциях профессорско-
преподавательского коллектива, научных сотрудников и аспирантов.
Костромского технологического института ; '
rjin Всесоюзном совещании селекционеров на ВДНХ СССР, г. Москва, "февраль. 1983 Г. ;',' ' -
-. на XI Всесоюзной, конференции по текстильному материаловедению, г.-Москваі Московский текстильний институтs сентябрь 1934г. }. г на Учёном совете' ВШИЛ, г. Торжок, 1982,1983,1984 г.г. ;
на-Научно-техническом совете ЦШ1ИЛВ, г. Москва, ишь 1985г. і
на заседании секции Ученого совета НИИПОЛВ по разработке технологии промышленного приготовления тресты в автоматизации технологических процессов, г. Минск, ноль I9S8r. {.
на секции лубяных культур ВАСХНИЛ, г. Кострома, январь 1964г.,-. г. Киев, апрель 1986 г. ;
на Научно-технііческом совете ШШИЛЛ, г. Кострома, февраль 1905г.;
- на Научно-техническом совете Госагрспрома РС&СР, г. Москва,
февраль 1988 г. ; '
-на Всесоюзном семинаре "Химия и ыассообмеи в; процессах кралешы и отделки текстильных материалов<АН СССР, г. Иваново/май. 1989 г.
ПУБЛИКАЦИИ. По материалаїі диссертации опубликована 31 печатная работа,, из них четыре авторских свидетельства и-одно положительное решение ВНИИГПЭ' о Еыдаче авторского свидетельства..
, СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Работа содержит введение', девять глав, общие еыводы и рекомендации, список- использованных источии-. ков и приложения. Общий объем работы составляет '.страниц..