Введение к работе
э.
Актуальность темы. В отделочном производстве текстильной промышленности как іш в какой другой отрасли остро стоят проблемы повышения уровня экологии производства, а также экономии природных и энергетических ресурсов, поскольку в технологиях задействованы в большом количестве разнообразные.нередко токсичные, химматериалы и красители при большом расходе воды, а некоторые операции требуют значительных энергозатрат.
В связи с этим сейчас химики-колористы находятся в трудной противоречивой ситуации: они вынуждены либо пойти на создание громоздких, энерго- и ресурсоемких технологий,в которых последователь-неиндивидуальным способом фиксируются в волокно красители каждого класса,либо разрабатывать процессы,характеризующиеся исключительна сложным составом красильных ванн с большим содержанием дорогостоящих экологически вредных текстильных вспомогательных веществ. Оба пути не исчерпывают отмеченные выше трудности, а частичное преодоление их в одной сфере,как правило.негативно проявляется в другой.
Узел отмеченных проблем затягивается все туже, поскольку сейчас нет предпосылок для обновления и тем более для радикального изменения ассортимента синтетических красителей и волокнообразую-1дих полимеров, так как очевидно, что химики-органики не смогут в ближайшем будущем предложить в названных областях принципиально новых соединения, что повлекло бы за собой пересмотр технологических устоев в отделочном производстве текстильной промышленности. Очевидны своевременность и актуальность таких работ, в результате которых,с учетом всего прогрессивного опыта в области отделки текстильных материалов из природных и синтетических волокон ионоген-ными и неионогошшми красителями, стали бы возможными интенсификация процессов крашения и повышение уровня их зкологичности за счот полного или частичного отказа от использования органических трудно биологически расщепляемых текстильных вспомогательных веществ.
Решение названной народнохозяйственной проблемы осуществлено путем проведения фундаментальных исследований растворов красителей, в результате которых выявлены взаимосвязи между состоянием в растворе ионогенных и неионогенных красящих веществ и ходом адсор-бционно-диффузионных процессов при колорировании текстильных материалов из целлюлозных и полиэфирных волокон,разработки на этой б-э-зо теоретических, основ интенсификации крашения и отделки текстильных материалов посредством направленного изменения состояния крт~
4.
сителей в растворе без использования органических текстильных" вспомогательных веществ,воплощения развиваемых теоретических представлений в принципиально новых высокоэффективных,экологически чистых технологиях крашения и отделки. Совокупные результаты работы свидетельствуют о становлении нового перспективного научно-техни-.ческого' направления в области технологии текстильных материалов.
Работа выполнена по планам НИР на І98І-І992г,г. Института химии неводных растворов РАН,а также в соответствии'с акадаиическими научно-техническими программами "Перспективные материалы","Ресур-сбарегающие и экологически чистые процессы металлургии и химии" (РАН от 08.02.89 n I0IQ3-2I9) и программы МНТК "Текстиль".
Цель работа состояла в создании теоретических основ интенсификации непрерывных и периодических процессов крашения текстильных материалов ионогенными и неионогенными красителями посредством направленного изменения состояния красящего вещества в растворе без использования токсичных органических текстильных вспомогательных вешэств, а также в воплощении развитых теоретических воззрений в высокоэффективных <в том числе совмещенных) экологически чистых технологиях,
^. Цель достигнута путем развития нового перспективного научно-технического направления, которое на этапе выполнения настоящей диссертации включало следующие крупные разделы:
-анализ литературы в области теории крашения текстильных материалов и теории растворов электролитов и неэлектролитов, в результате которого определены направления теоретических исследований и технологических разработок;
-комплексное исследование растворов ионогенных ,(активных и кубовых в восстановленной форме) и неионогенных (дисперсных) крат сителей в ряде индивидуальных и сметанных растворителей и выявление взаимосвязи менаду сольватационно-ассоциативными равновесиями в растворах красителей и ходом адсорбционно-диффузионных процессов в системе раствор красителя - ВОЛОКНО;
-теоретическое и экспериментальное обоснование новых принципов направленного воздействия щ растворы красителей с . целью интенсификации массошреноса красящего вещества из раствора в волокно без использования органических текстильных вспомогательных веществ применительно к непрерывным и периодическим технологиям крашения текстильных материалов из целлюлозных и полиэфирных волокон; создание на згой основе новых подходов к интенсификации указанных
3. ТвХНОЛОГИЙ;
-реализация предложенных подходов в высокоэффективных, экологически чистых непрерывных и периодических технологиях крашения текстильных материалов из целлюлозных и полиэфирных волокон.
Общая характеристика объектов и методов исследования.В работе использованы полиэфирные материалы - пленка, волокно, жгут, нити, ткань;целлюлозные материалы - пленка,хроматографическэя бумага,суровые и подготовленные хлопчатобумажные ткани различной плотности и переплетения,а также хлопкополиэфирные ткани-, технические и очищенные красители - активные,кубовые,дисперсные.
Эксперименты проводили на стандартных и модифицированных приборах, специально созданных лабораторных установках, а также на опытно-промышленном и действующей промышленном оборудовании для обработки текстильных материалов.
При проведении исследований применены современные фундаментальные методы: кондуктоматрический.спектрофотометрический.деривато-графический.хроматографический, сорбционный,диффузионный,изотермического насыщения,а также ряд специально разработанных методик.
Показатели физике-механических и сорбционных свойств текстильных материалов и качественные характеристики окрасок определены по соответствующим ГОСТам.
Оценка погрешности измерений при проведении эксперимента выполнена, с использований методов математической статистики.
Научная новизна. Но результатам исследований предложены новые подходы к интенсификации непрерывных и периодических технологий крапшия посредством направленного воздействия на сольватационно-ассоциативкые процессы в растворах красителей без использования органических препаратов, которые предопределяют низкий уровень рентабельности и экологшности традиционных технологий. В итоге сформулированы принципы построения высокоэффективных,экологически чистых непрерывных технологий крашения хлопчатобумажных тканой ионогенкыми красителями, а также непрерывных и периодических технологий крашения полиэфирных волокнистых материалов неионогенными красителями.
Наиболее крупные из впервые полученных результатов следующие:
- Теоретически и экспериментально обосновал принцип интенсификации адсорбционно-діффузионньїх процессов при крашении хлопчатобумажных тканей по непрерывным технологиям ионогепныки красителями, заклпчппщипеп в преимущественном (в сопоставлении с красильным
е. раствором в ванне) стимулировании ассоциации красящего вещества в" той жидкой среда, которая образуется во внутреннем объеме окрашиваемого материала в ходе технологических операций. Доказано, что построение непрерывных технологий крашения и отделки тканей в соответствии с указанным принципом првращавт явление ассоциации красителей' в растворе (ранее квалифицировавшееся только как неизбежный негативный фактор, с которым следует бороться) в мощный рычаг повышения эффективности адсорбции красителей внутренней поверхностью целлюлозного волокна,а,следовательно, существенного увеличения степени полезного использования дорогостоящих красителей.
Разработана концепция управления массопереносом неионоген-ных красителей из раствора в полиэфир, согласно которой интенсификация крашения может быть осуществлена посредством генерирования в воде или водусодзржащих средах добавками неорганических электролитов межчастичных взаимодействия дисперсный краситель - электролит, которые одновременно увеличивают растворимость красящего вещества и способствуют адсорбции растворенной фракции красителя в полиэфире. Оба названных эффекта достигаются без использования органических соединений.что до'настоящего времени считалось невозможным.Механизмы указанных процессов в растворах и на поверхности раздела фаз раствор красителя - полиэфир всесторонне изучены, адаптированы к непрерывным и периодическим способам крашения текстильных материалов из полиэфира и использованы как теоретическая первооснова для создания принципиально новых высокоэффективных, экологически чистых технологій.
Для непрерывного термофиксационного способа крашения хлопчатобумажных тканей активными красителями предложена,экологически чистая реакционная среда (водно-аммиачно-солевая композиция) для фиксации хлоргриазиновых красителей, которая позволяет зафиксировать в волокне краситель не только в активной, но и в неактивной (гидролизованной либо аммонизированной) формах,чего не обеспечивала ни одна из изпестных технологий. В результате резко сокращены потери дорогостоящих красителей и содержание их в сточных водах.
На основе развитых в диссертации теоретических положений решена крупная народно-хозяйственная проблема - созданы принципиально новые технологии крашения активньми и кубовыми красителями хлопчатобумажных тканей,а также дисперсными красителями - полиэфирных волокон, которые обеспечивают резкое повышение уровня рентабельности и акологичности производства этих неизменно пользующихся новы-
7.
шенным спросом текстильных материалов.
Принципиальная новизна разработанные технология подтверждена авторскими свидетельствами на изобретения NN: II68639; 1359380; I456485-. I6700I5; I460I02; I5I6556; I6I7072 и двумя положительными решениями о выдаче авторских свидетельств на изобретения по заявкам N 4906012 И N 4920332.
Практическая значимость и промышленная реализация результатов работы. Практическая часть диссертации включает промышленные испытания созданных технологий и внедрение некоторых из них в производство. Внедрена в производство также и одна из научных разработок - устройство для сгоктрофотометрического исследования растворов красителей в широком интервале температур (А.с, N 667821).
С помощью упомянутого выше научного оборудования возможно проводить дифференцированный анализ композиционных остаточных красильных ванн Поело процесса крашения. Анализ позволяет определить содержание в смеси каждого красителя. По полученным данным уже нетрудно рассчитать необходимое количество любого красителя с целью регенерации красильного состава для многократного использования.
Созданное устройство и метод анализа, основанный на его использовании, вне дрены на гобеленовой фабрике акционерного объединения "Фатекс" (г.Иваново) при крашении хлопчатобумажной пряжи прямыми красителями. Только повторное использование отработанных красильных ванн дало годовой экономический эффект в 1.5 млн.рублей (октябрь 1992 г.). Эффективность разработки может быть резко повышена путем увеличения кратности использования в производства отработанных составов, которые по действующей технологии направляются в стоки.
Вследствие данного внедрения не только улучшены экономические показатели красильного производства, но и говытан уровень его эко-логичности за счет существенного сокращения количества стоков и насьпцэнности их красителями.
Совместно с Ивановским научно-исследовательским институтом хлопчатобумажной промышленности (ИвШТИ) на Ивановской ткацко-от-делочной фабрико им.Н.А.Жиделева и отделочной фабрике им.О.А.Баренцевой, входящей в состав Ивановского производственного хлопчатобумажного объединения (ИБО) внедрена разработанная технология мерсеризации хлопчатобумажных тканей с использованием мерсеризуювдх растворов на основе гидроксида натрия и хлористого натрия (А.с. n 1523603). Разработанный способ морсоризации позволяет достіїчь
8.
требуемой степени мерсеризации хлопчатобумажных тканей при сокращении расхода гидроксида натрия на 30-50Ж. Годовой зкономическиа эффект от использования предложенного способа мерсеризации составляет 1.29 тысяч рублей на I млн.м ткани (1988 г.).
Практическая реализация предложений в области крашения полиэфирных' текстильных материалов дисперсными красителями по периодическим технологиям заключается в двух крупных внедрениях на предприятиях различного профиля - одно из них осуществлено на Ивановском акционерном объединении "Хишром", здесь освоен выпуск новых продуктов типа "Ивлан" для текстильной промышленности, другое - на Светлогорском (Гомельской области) производственном объединении "Химвологаю", здесь вышеназванные новые препараты применены в крашении текстурированных полиэфирных нитей.Такой путь внедрения технологических разработок - через создание готовых унифицированных продуктов - стал возможен только благодаря уникальной простоте красильных составов, задействованных в технологических решениях. В свою очередь, именно этот путь представляется и наиболее перспективным и целесообразным, поскольку технологические'решения, приведенные в диссертации,'безусловно, могут быть применены для всего1 широкого ассортимента полиэфирных текстильных материалов,требуете/ лишь их адаптация к конкретным условиям. Выполнять это рациональнее, оперируя не с технологиями,а с готовыми унифицированными продуктами.
Препараты типа "Ивлан" представляют собой жидкофазные композиционные материалы,главным образом, из числа тех добавок в красильные ванны, которые рекомендованы для крашения полиэфира дисперсными красителями по периодическому способу.Таким образом некоторые технологические решения трансформированы в готовые унифицированные препараты для крашения полиэфирных текстильных материалов.В основном тексте диссертации не отражены весьма трудоемкие мероприятия го освоению выпуска новых препаратов,включающие этапы от оптимизации их рецептур до разработки технологических регламентов и технических условий на готовые продукты,поскольку сам выпуск данных материалов не связан с главной задачей работы иначе, чем применение их в крашении.
На момент оформления диссертации на заводе полиэфирных текстурированных нитей, входящем в состав Светлогорского производст-веннго объединения "лимволскно", в технологию крашения текстурированных полиэфирных нитей по периодическому изотермическому способу
9.
внедрен препарат "Ивлан-2".Применение препарата "Ивлан-2" позволило отказаться от использования сразу нескольких дорогостоящих импортных текстильных вспомогательных .веществ, представляющих собой трудно биологически расщепляемые соединения.Наряду с экологическим результатом получен и значительный экономический эффект. Он составил 64.2 тыс.рублей на тонну нити или 771 млн.рублей в год (май 1Э93г.)
Автор защищает:
установленные закономерности сольватационно-ассоциативных равновесий в растворах ионогенных и неионогенных красителей в индивидуальных и смешанных (водных, неводных и водно-неводных) растворителях;
выявленные взаимосвязи мевду состоянием в растворе ионогенных и неионогенных красящих веществ и протеканием адсорбционно-диффузионных процессов в непрерывных и периодических технологиях крашения и отделки текстильных материалов из целлюлозных и полиэфирных ВОЛОКОН;
новые подходы к построению высокоэффективных, экологически чистых интвнсифйцироваиаых непрерывных и периодических технология крашения и отделки текстильных материалов,основанные на направленном изменения состояния красителей в растворе без использования органических текстильных вспомогательных веществ;
комплекс созданных технологий крашения,отделки и мерсеризации (в том числе совмещенных) текстильных материалов,в которых воплощены предложенные ПОДХОДЫ;
новое оригинальное научное оборудование и методики для изучения растворов красителей и протекания адсорбционно-диффузионных процессов при краиіении текстильных материалов.
Апробация работы. Материалы по теме диссертации докладывались и получили одобрение на Всесоюзной конференции "Синтез и исследование неорганических веществ в неводных средах" (Иваново,1980); на Всесоюзных совещаниях "Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах'МИваново,І98І,І984,І989);на Областной научно-технической конференции "Современная техника и технология хлопчатобумажного производства и перспективы развития отрасли на 12-ую пятилетку" (Иваново,1984); на Всесоюзных совещаниях по химии неводных растворов неорганических и комплексных соединений (Ростов-на-Дону, 1985, 1907); на Областной научно-технической конференции "Текстильной промышленности - передовую технику и прогрессивную безотходную
10.
технологию" (Иваново,1986); на Всесоюзной конференции "Современные проблемы химической технологии" (Красноярск,1986); на Всесоюзной конференции "Теория и практика отделки текстильных ыатералов" (Москва, 1886); на Всесоюзной конференции "Химия и применение наводных растворов" (Харьков,1889); на xvi Всесоюзном Чугаевском совещании по химии комплексных соединений (Красноярск,1987); на Всесоюзной конференции "Кислотно-основные равновесия и сольватация в неводных средах" (Харьков,1987); на Областной конференции молодых ученых и специалистов по актуальным общественно-политическим и научно-техническим проблемам (Иваново,1988); на Всесоюзной конференции "Новое в технике и технологии текстильного производства" (Иваново, 1990); на Всесоюзной конференции "Жидкофазные материалы" (Иваново, 1990); на научно-технических конференциях преподавателей и сотрудников Ивановского химико-технологического института (I980-J992); на научно-технических семинарах Института химии неводных растворов РАН (Иваново,I980-1992).
Публикации.Основные результаты выполненных исследований представлены 2-мя монографиями, 2-мя обзорами, 51-оа статьей во Всесоюзных журналах и I1-ю авторскими свидетельствами на изобретение. '
Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения, литературного обзора (I глава), обсуждения результатов (8 глав),выводов,списка цитируемой литература из 237 наименований, а также приложений.Основная часть диссертации содержит 357 страниц машинописного текста, в число которых входят 90 рисунков и 41 таблица.
