Введение к работе
--3-
Актуальность работы. На современном этапе развития человечества создание ресурсо- и энергосберегающих экологически чистых технологий является наиболее важной народохоэяйсгвенной задачей. В области отделки, текстильных материалов иа природных еолокон решение этой проблемы невозможно без совершенствования наиболее длительного «іатериало- и энергоёмкого процесса их подготовки.
Перспективным направлением создания ресурсосберегающих технологий подготовки хлопкосодержащих тканей является использование биохимических процессов. В настоящее время биопроцессы широко используются в различных отраслях промышленности. Внедрение биотехнологий в текстильное производство одерживается отсутствием теоретически обоснованного выбора биокатализаторов для процессов облагораживания текстильных материалов с учетом их избирательного действия на примеси различной природы. Выбор биопрепаратов произволен , а условия их использования не учитывают специфики совместимости ферментов с другими реагентами , поэтому их каталитическая активность не проявляется или реализуется не полностью.
В этой связи разработка рациональных ресурсосберегающих технологий подготовки хлопчатобумажных тканей на основе биокатализаторов и создание композиционных биопрепаратов .включающих ферменты с различной субстратной активностью , обеспечивающих наиболее полное освобождение волокнистого материала от примесей и загрязнений при минимальном его повреждении,является зад-чей весьма актуальной . Она может быть решена путем всестороннего изучения полноты удаления и особенностей химических превращений шлихты и примесей.хлопчатобумажных тканей в условиях биообработки , научно обоснованного выбора ферментативных препаратов и их композиций , а также оптимальных режимов биопроцессов.
Настоящая работа посвящена разработке научных основ создания энерго- и ресурсосберегающих технологических процессов подготовки текстильных материалов на базе использования биохимических катализаторов процесса и направлена на выполнение научно-технических программ : "Перспективные материалы и изделия легкой промышленности" (Лентек-94), межвузовской научной программы "Университеты России" "Создание новых материалов , разработка ресурсосберегающих и экологичных технологий текстильной промышленности на основе фундаментальных исследований по приоритетным направлениям", обще-
- 4 - ' государственной программы "Высокоэффективная технология раавития социальной сферы".
Цель работы состояла в разработке энерго- и ресурсосберегающих технологических режимов подготовки'тканей на основе использования биокаталиааторов и создании композиционных биопрепаратов , обеспечивающих максимальное удаление примесей различной природы на стадии биообработки хлопчатобумажных тканей.'
Для решения поставленной задачи были выполнены следующие ра
боты : .
оценена эффективность использования различных биопрепаратов при подготовке хлопчатобумажных тканей;
изучены особенности химических превращений сопутствующих веществ хлопка и искусственных вагрязнений ткани при ферментативном воздействии.
-. разработан композиционный биопрепарат многоцелевого действия, обеспечивающий высокую степень очистки ткани от шлихты и примесей при высокой сохранности целлюлозы. Методом программного моделирования процесса биообработки рассчитан оптимальный состав композиционного биопрепарата и условия обработки;
разработан технологический режим подготовки хлопчатобумажной ткани на осноье использования композиционного биопрепарата, предусматривающий замену энергоёмкой операции щелочной отварки биообработкой;
рааработан одностадийный режим биорасшлихтовки и перекисного беления тканей из смеси хлопка и химических волокон;
проведены производственные испытания и осуществлено внедрение разработанной технологии.
„Объекты и методы исследования. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных условиях с последующей проверкой полученных результатов в производстве. В работе использованы :. суровая хлопчатобумажная ткань, миткаль арт. 20 , хлопковая шелуха , выделенный солянокислый лигнин хлопковой шелухи, модельные соединения лигнина ( ванилин, пирокатехин,гваякол), водорастворимый .крахмал,хлопковое масло.
В качестве ферментативных препаратов использованы пять биопродуктов на основе амилолитических ферментов, три биопрепарата на основе' штаммов бааидиальных грибов, синтезирующих окислительно-восстановительные ферменты и два биопрепарата липатического действия. В качестве стабилизаторов ферментов использованы хлорй-
- Б -ды и сульфаты щелочноземельных металлов.
Экспериментальные исследования проводились с применением современных методов физико-химического аналиаа: электронной и ЯК-спектроскопии, колориметрии, вискозиметрии, электронной микроскопии. Прочие экспериментальные исследования проводили в соответствии со стандартными методиками и требованиями ГОСТ.
Оптимизация композиционных составов и технологических параметров выполнена методами множественно регрессионного анализа с использованием программы MultReg.
Научная новизна. Впервые всесторонне исследована эффективность использования композиций ферментов с различной субстратной активностью в качестве катализаторов непрерывных процессов подготовки хлопчатобумажных тканей.
Показано ,что в сравнительно мягких условиях ферментативной обработки хлопчатобумажной ткани происходит эффективное удаление из ткани шлихты и примесей при высокой сохранности целлюлозы.
Наиболее существенные результаты полученные при выполнении работы сводятся к следующему:
-предложено теоретическое объяснение катализируещего действия ферментов с различной субстратной активностью при их совместном использовании;
-обоснован механизм действия окислительно-восстановительных ферментов на лигнинсодержащиэ примеси хлопкового волокна;
-созданы высокоэффективные композиционные бигпрепараты для подготовки тканей;
-установлено стабилизирующее действие сульфатов щелочноземельных металлов на процесс инактивации ферментов в условиях биообработки и хранения. Предложены стабилизаторы для полиферментных систем;
-методом программного моделированмия эксперимента рассчитаны оптимальный состав композиционного биопрепарата и основные технологические параметры процесса биообработки с использованием по-лифэрментннх систем.
Принципиальная новизна композиционного биопрепарата подтверждена авторским свидетельством N 1775707 БИ N 43 1992 г. , еа-явками Н 93-034075 от 1.07.93 и Н 94-000831 от 16.03.94.
Практическая значимость. На основании анализа полученных экспериментальных данных разработан энергосберегающий технологи-
ческий процесс беления хлопчатобумажных тканей, предусматривающий эамену щелочной отварки биообработкой с использованием композиции ферментов , а также одностадийный процесс беления и биообработки тканей иа смеси волокон. Новые технологии дают возможность сни-вить расход пара , воды , химматериалов , улучшить экологию производства, условия труда работающих, и характеистики сточных вод.
Проведена производственная проверка одностадийного технологического режима биообработки и беления вискозных тканей и тканей иа смеси хлопка и химических волокон в условиях отделочной фабрики комбината им. Ф. Н. Самойлова (г. Иваново).
Технологический процесс беления хлопчатобумажных тканей с включением биообработки испытан и внедрён на АО НИМ (г.Иваново). Расчётный экономический эффект новой технологии составляет 24Б тис. руб. на 1 млн. метров ткани. Реальный экономический эффект ва период испольвования в 1993 г. составил 4,4 млн. рублей.
Автор ващишает:
-
Теоретическое и экспериментальное обоснование эффективности использования биообработки композициями- ферментов с различной субстратной активностью при подготовке хлопчатобумажных тканей.
-
Выявленные особенности деструкции примесей целлюлозы под воздействием сложных биокаталитических систем.
-
Новые композиционные биопрепараты и разработанные на их основе энергосберегающие технологические режимы подготовки хлопчатобумажных тканей.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на I Всесоюзной конференции "Жидкофаэные материалы" г. Иваново 1990 г., на XIV. Менделеевском съезде по общей и прикладной химии г.Ташкент 1989 г. , на V Всесоюзном совещании "Проблемы сольватации и комп-лексообрааоЕания в растворах " г. Иваново 1991 г. , на Международной научно-технической конференции "Проблемы раавития текстильной и лёгкой промышленности в совремнных условиях" (Прогресс-92) г. Иваново 1992г., - на Международной конференции "Текстильная химия" г.Иваново 1992 г., на XV..Менделеевском съезде по обшей и прикладной химии, г. Минск 1993 г., на III Российской конференции "Химия и применение неводных растворов" г.Иваново 1993 г., на Международной конференции "Прогресс 93" г, Иваново 1993 г., на научно-технических конференциях ИХТИ 1992,1993 гг., на Российском конгрессе колористов, Москва, 1994 г.
Структура и объем диссертационной работы
