Содержание к диссертации
Введение 6
Глава 1. Литературный обзор 12
1.1 Классификация загрязнений ." 12
Классификация загрязнений по происхождению 12
Классификация загрязнений по растворимости 13
Классификация загрязнений по фазовому составу 15
Общая характеристика жировых загрязнений и их распознавание 16
Влияние волокнистого состава и строения текстильного материала на загрязняемость 22
Общая характеристика химических веществ, применяемых в составах для очистки тканей и одежды от жировых загрязнений 28
Органические растворители 29
Поверхностно-активные вещества 31
Ферменты 41
1.5 Современные способы очистки текстильных изделий 52
Традиционный способ очистки текстиля 52
Аква-чистка 54
Углеводородные растворители 57
Сверхкритический флюид диоксида углерода 58
Прочие альтернативные растворители 60
1.5.6 Ультразвуковые колебания в процессах очистки текстильных
материалов 62
1.6 Современные препараты для удаления жировых загрязнений с
текстильных материалов 65
Выводы из литературного обзора 70
Глава 2. Методическая часть 71
Характеристика объектов исследования 71
Методы исследования 76
Методика определения моющей способности 76
Методика нанесения пятен 77
Методика определения критической концентрации мицеллообразования
в растворах ионогенных ПАВ кондуктометрическим методом. 77
2.2.4 Определение критической концентрации мицеллообразования в
растворах неионогенных ПАВ спектрофотометрическим методом 79
Методика определения критической концентрации мицеллообразования бинарных растворов ПАВ с помощью измерения поверхностного натяжения исследуемой жидкости 79
Методика определения каталитической активности липаз 81
Методика определения стабильности липаз 81
2.2.8 Определение максимальной скорости (Vmax) и константы Михаэлиса
(Кт) 82
2.2.9 Определение капиллярности текстильных материалов 82
2.2.10 Методика определения степени очистки ткани от масляных
загрязнений по капиллярности 82
Определение электрокинетического (Q потенциала волокон, методом потенциала протекания 83
Методика оценки физико-механических показателей тканей 84
Методика термогравиметрического анализа (ТГА) 86
Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДОС) 87
Методики крашения текстильных материалов 88
2.2.16 Методика определения цветовых характеристик и цветовых
различий 90
Методика исследования текстильных волокон методом атомно-силовой микроскопии (АСМ) 92
Математическая обработка результатов 93
Глава 3. Экспериментальная часть 95
3.1 Изучение моющих свойств различных классов поверхностно-активных
веществ 95
3.1.1 Определение критической концентрации мицеллообразования
поверхностно-активных веществ 95
Определение моющей способности индивидуальных ПАВ 98
Определение критической концентрации мицеллообразования бинарных смесей ПАВ 101
3.1.4 Изучение моющего действия бинарных растворов ПАВ бинарных
смесей ПАВ 105
3.2 Изучение физико-химических основ действия липазы 111
3.2.1 Изучение влияния рН среды на активность липазы 111
3.2.2 Изучение каталитической активности липаз от концентрации
фермента 112
3.2.3 Влияние концентрации субстрата на начальные скорости
ферментативной реакции гидролиза 113
Влияние температуры на каталитическую активность и стабильность липазы 115
Влияние солей кальция на реакцию ферментативного гидролиза под действием липаз 118
3.2.6 Исследование влияния ПАВ на активность липазы 119
3.3 Изучение моющей способности смесей ПАВ и фермент 122
3.4 Влияние неорганических солей на процесс десорбции жировых
загрязнений с текстильных материалов 125
Влияние комплексонов на процесс десорбции жировых загрязнениний с текстильных материалов 132
Влияние окислителей и восстановителей на процесс десорбции жировых загрязнений с текстильных материалов 135
Влияние добавки КМЦ на свойства моющей композиции 144
3.8 Влияние продолжительности и температуры обработки на качество
удаления жировых загрязнений 148
3.9 Исследование изменения капиллярных свойств и ^-потенциала
текстильных материалов в процессе очистки от жировых
загрязнений 150
ЗЛО Определение степени очистки ткани от масляных загрязнений по
капиллярности 155
3.11 Исследование текстильных материалов методами
термогравиметрического анализа (ТГА) и дифференциальной сканирующей
колориметрией (ДСК) 156
3.12 Исследование воздействия ультразвуковых колебаний на процесс
десорбции жировых загрязнений с текстильных материалов 169
3.13 Исследование влияния моющей композиции на физико-механические
свойства тканей 172
Определение разрывных характеристик при растяжении и стойкости тканей к истиранию 173
Исследование изменения линейных размеров ткани (усадка) 178
Исследование показателей несминаемости тканей 180
Исследование процесса удаления жировых загрязнений с окрашенных текстильных материалов 182
Исследование текстильных материалов методом атомно-силовой
микроскопии (АСМ) 184
Выводы 188
Литература 191
Благодарности 204
Приложение 1 205
Приложение 2 206
Введение к работе
Актуальность темы.
В связи со значительным спросом на бытовые услуги встает вопрос повышения качества обработки заказов при химической чистке. Данный процесс связан с максимальным удалением различных загрязнений, в том числе локальных. К числу трудноудаляемых загрязнений относятся застарелые пятна жиро-масляного происхождения, подвергнувшиеся действию тепла, света и других факторов.
Загрязнение текстильных изделий может быть как производственным, так и бытовым. Масляная грязь загрязняет одежду при контакте человека со смазочными маслами машин и оборудования, пищевыми продуктами, косметическими и медицинскими препаратами, нефтепродуктами и из-за жировых выделений тела человека.
В настоящее время большое значение приобретают вопросы касающиеся сохранения экологии. Наблюдается тенденция к повышению «экологичности» всех сфер жизнедеятельности человека. Однако известно, что большинство пятновыводных композиций предназначенных для удаления жировых загрязнений, содержат в своем составе органические растворители, что с экологической точки зрения неблагоприятно.
Это обуславливает необходимость совершенствования технологических процессов и создания современных и экологичных препаратов, позволяющих проводить качественную очистку текстильных изделий.
К числу эффективных, безвредных, экологически чистых веществ относятся ферменты - биокатализаторы белковой природы, производимые живыми организмами. Они применяются в очень малых количествах, являются неагрессивными по отношению к обрабатываемым поверхностям, безопасны в применении. Среди всего многообразия ферментов особенно привлекателен класс ферментов липаз, которые ускоряют процесс разложения жировых веществ.
Поэтому, учитывая изложенное, разработка эффективного и экологичного моющего препарата для удаления жиро-масленных загрязнений на основе липазы, без содержания органических растворителей представляется актуальной задачей.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научного совета РАН по адсорбции и хроматографии (№ 2.15).
Цель работы состояла в разработке рецептуры и технологии применения очищающей композиции для удаления жировых загрязнений с различных текстильных материалов, а также в определении физико-химических основ процесса десорбции жировых загрязнений.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
исследование моющих свойств ПАВ, выбор их оптимальных соотношений, обеспечивающих наиболее полное удаление жировых загрязнений;
исследование физико-химических основ действия ферментов-липаз, определение оптимальных условий их активности и стабильности;
анализ взаимного влияния ПАВ и фермента-липазы на эффективность удаления жировых загрязнений;
исследование влияния неорганических солей на процесс десорбции жировых загрязнений;
исследование возможности применения комплексообразующих соединений в качестве компонентов ферментосодержащей моющей композиции;
изучение влияния окислительно-восстановительных систем в составе очищающей композиции на процесс десорбции жировых загрязнений;
изучение влияния антиресорбентов на эффективность процесса десорбции жировых загрязнений с поверхности текстильных материалов;
поиск оптимальных условий удаления жировых загрязнений при обработке очищающей композицией;
изучение капиллярных и- поверхностных свойства тканей, обработанных разработанной очищающей композицией.
исследование воздействия ультразвуковых колебаний на процесс десорбции жировых загрязнений с текстильных материалов
определение устойчивости окраски и физико-механических характеристик текстильных материалов к действию очищающей композиции
Общая характеристика методов исследования
При выполнении экспериментальных исследований были использованы современные физико-химические методы анализа: спектрофотометрия, термогравиметрический анализ, дифференциальная сканирующая колориметрия, атомно-силовая микроскопия.
Определение эффективных параметров каталитического гидролиза под действием липаз и оптимальных условий активности и стабильности фермента проводили на спектрофотометре «Shimadzu UV-256 FW» (Япония), снабженном термостатируемым кюветным отделением.
Оценку качества удаления жировых загрязнений, определение колористических показателей тканей осуществляли с помощью спектрофотометра 3600d фирмы «Минолта» (Япония) с программным обеспечением фирмы «Orintex» (Италия).
Для исследования поверхности текстильных волокон в работе использовали атомно-силовой микроскоп фирмы НТ-МДТ, на базе платформы «ИНТЕГРА Прима».
Остальные экспериментальные исследования проводились с использованием стандартных методик и в соответствии с требованиями ГОСТ. Все расчеты в работе проведены с использованием ЭВМ.
Научная новизна В работе впервые теоретически и экспериментально обоснована целесообразность использования ферментов - липаз при создании экологически чистых композиций для удаления как локальных, так и общих жировых загрязнений с поверхности текстильных материалов из различных волокон водными растворами, взамен имеющихся составов на основе органических растворителей, используемых для этих целей.
Наиболее существенные результаты в работе:
установлены основные закономерности влияния ПАВ на процесс десорбции жировых загрязнений. Найдены оптимальные соотношения их концентраций;
современными физико-химическими методами определены эффективные параметры каталитического гидролиза жировых загрязнений под действием липаз, установлены оптимальные условия активности и стабильности фермента;
исследовано влияние неорганических солей, окислительно-восстановительных систем, комплексонов и антиресорбентов на процесс десорбции жировых загрязнений с текстильных материалов;
изучены капиллярные и поверхностные свойства целлюлозных, полиэфирных, хлопко-полиэфирных и шерстяных тканей, обработанных жироудаляющим составом;
исследовано влияние ультразвуковых колебаний на процесс десорбции жировых загрязнений с текстильных материалов, подобраны оптимальные условия обработки;
показано сохранение колористических и физико-механических характеристик текстильных материалов после обработки очищающей композицией;
разработан эффективный и экологичный препарат для удаления жировых загрязнений на основе липазы Lipex 100Т, без содержания органических растворителей, и технология его применения в процессах очистки текстильных материалов.
Практическая значимость
На основании проведенных экспериментальных исследований разработан препарат «Липоклин» для очистки текстильных материалов от жировых загрязнений, в том числе и локальных, и оптимальная технология его применения. Использование данного препарата позволяет сохранить экологию и достичь высокого качества обработки текстильных изделий без деструкции волокон при умеренной температуре.
Апробация препарата Препарат «Липоклин» прошел успешные производственные испытания в цехе химической чистки ОАО «Снежинка» и ОАО «Фабрика-прачечная №19» г. Москва,
в результате чего были составлены соответствующие акты. Апробация работы Материалы диссертации доложены и обсуждены на XI Всероссийском симпозиуме с участием иностранных ученых «Актуальные проблемы теории адсорбции, пористости и адсорбционной селективности», РАН и ИФХЭ им. А.Н.Фрумкина, Москва — Клязьма, 16-20 апреля 2007г.; на Межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые — развитию текстильной и легкой промышленности» (ПОИСК-2007), ИГТА, Иваново, 24-26 апреля 2007г.; на научно-практической конференции аспирантов университета на иностранных языках, Москва, МГТУ им. А.Н.Косыгина, 2007г.; на Международной конференции по химической технологии, РАН, Москва, 17-23 июня 2007г.; на Межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (ПОИСК-2008), ИГТА, Иваново, 22-25 апреля 2008г.; на XII Всероссийском симпозиуме с участием иностранных ученых «Актуальные проблемы теории адсорбции, пористости и адсорбционной селективности», РАН и ИФХЭ им. А.Н.Фрумкина, Москва - Клязьма, 21-25 апреля 2008г.; на Международной научно-технической конференции «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности», РосЗИТЛП, Москва, 14-15 мая 2008г.; на Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической отраслях промышленности» (Дни науки-2008), СПГУТД, Санкт-Петербург, 22-25 апреля 2008г.; на Международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие инновационные технологии развития промышленности региона» (ЛЕН-2008), КГТУ, Кострома, 9 октября 2008г.; на Международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ-2008), МГТУ имени А.Н.Косыгина, Москва, 11-12 ноября 2008г.; на III Международной научно-технической конференции «Достижения текстильной химии - в производство» (ТЕКСТИЛЬНАЯ ХИМИЯ — 2008), РАН, ИГХТУ, и ИГТА, Иваново, 9-11 декабря 2008г.; на V Международной
научно-технической конференции «Инновации и перспективы сервиса», УГАЭС, Уфа, 23 декабря 2008г.; на Межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (ПОИСК-2009), ИГТА, Иваново, 28-30 апреля 2009г.; на Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической отраслях промышленности» (Дни науки - 2009), СПГУТД, Санкт-Петербург, 21-24 апреля 2009г.; на International conference BIOCATALYSIS -2009, МГУ имени М.В. Ломоносова и РАН, Arkhangelsk, 19-24 June, 2009г.; на Всероссийской научно-практической конференции «Принципы зеленой химии и органический синтез», ЯрГУ им. П.Г.Демидова, Ярославль, 9-10 октября 2009г.
Содержание представленных докладов отражено в тезисах вышеперечисленных конференций.
Публикации По материалам диссертации опубликовано 9 статей, в том числе 3 — в журналах, включенных в перечень ВАК и 14 тезисов докладов на конференциях.
Структура и объем диссертационной работы
Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, методической части, экспериментальной части, выводов и списка литературы. Работа изложена на 206 страницах машинописного текста, содержит 18 таблиц, 71 рисунок. Список литературы включает 175 ссылок.
