Введение к работе
Актуальность тем». Шерстяное волокно обладает комплексом уникальных потребительских свойств. Однако, все существующие в настоящее время технологии подготовки (карбонизации) и крашения шерстяного волокна неизбежно сопряженн с повреждением кератина шерсти в результате кислотного гидролиза, окислительной деструкции и других побочных реакций. К отрицательным последствиям повреждения волокна относится но только снижение его механической прочности, но и неравномерность изменений в его поверхностном слое -' экяокутикуле. Модифицированная эквокутикула становится более проницаемой для молекул красителя, что отрицательно сказывается на показателях ровноты крашения. Существенное повреждение кутикулы ватрудняет дальнейшую переработку шерсти и ухудшает потребительские свойства готовых тканей.
Необходимо отметить, что отечественная шерсть, значительную часть которой составляет грубая, имеет низкое качество и характеризуется высокой засоренностью. Переработка такого сырья требует повышенного внимания к проблемам очистки и минимизации повреждений шерстяного волокна. При сложившейся структуре сырьевой базы особо актуально создание химических технологий подготовки (карбонизации) и крашения шерсти, обеспечивающих максимальное снижение повреждений волокна при одновременном повышении эффективности отделочных операций. Не менее актуальным является решение экологических проблем - переход на применение нетоксичных препаратов и снижение сбросов вредных веществ в промстоки.
Реальным путем решения задач, стоящих перед шерстяной отраслью текстильной промышленности, является разработка новых технологий отделки шерстяного волокна, основанных на широком использовании текстильнім вспомогательных веществ типа солей лиг-носульфоновых кислот - лигносульфонатов(ЛСТ). Лигносульфонаты относятся к классу анионактипных ПАВ и являются крупнотоннажными отходами производства сульфитной целлюлозы. Использование этих препаратов в шерстяной отрасли способствовало бы решению эютло-гических проблем целлюлозно-бумажного проивводства.
Применение ЛСТ для интенсификации подготовки и крашения шерсти не требует дополнительного оборудования,- дополнительных трудо- и энергозатрат; затраты на лигносульфонаты в себестоимости продукции отрасли очень невелики и'с избытком окупаются экономией, полученной от их применения.
Для разработки технологий отделки шерстяного волокна, основанных на широком применении ЛОТ различных марок, необходимо детальное исследование процессов, протекающих на различных стадиях химической обработки шерсти. Выбор ТВВ для карбонизации и краше-. ния должен быть основан на изучении физико-химических явлений и взаимодействий в сложных гетерогенных системах раствор-волокно. Необходимо также оценить степень воздействия выбранных реагентов и условий проведения процессов карбонизации и крашения не только на качественные показатели окраски, но и на физико-механические характеристики волокна и его способность к последующей переработке.
Настоящая работа посвящена всесторонней оценке лигносудьфо-натов как защитных агентов, предохраняющих шерстяное волокно от повреждения в процессах подготовки и крашения, а также исследованию их интенсифицирующего воздействия на технологические процессы и влияния ЛОТ на колористические характеристики окрашенного волоіша.
Работа выполнена в соответствии с планами НИР ИГХТА и Общегосударственной научно-технической программы "Высокоэффективные технологии развития социальной сферы".
Цель работы состояла в исследовании механизмов взаимодействия дигносульфонатов различных марок с компонентами карбонизационных и красильных систем, оценке эффективности их защитного и интенсифицирующего воздействия на всех стадиях технологической Цепочки подготовка-крашение шерстяного волокна и разработке на этой основе новых, теоретически обоснованных высокоэффективных технологий карбонизации и крашения шерсти.
Для достижения поставленной цели в экспериментальную часть ' работы били включены следующие разделы:
исследование взаимодействия дигносульфонатов различных марок с шерстяным волокном и компонентами карбонизационных и красильных ванн, а также с растительными засоренностями;
изучение влияния дигносульфонатов на процесс карбонизации шерстяного волокна, оптимизация параметров процесса карбонизации с использованием ЛСТ;
исследование влияния дигносульфонатов на процесс нейтрализации кароонизованного волокна;
изучение процесса крашения шерстяного карбонизованного
волокна, активированного с помощрю лигносульфонатов на атодии его нейтрализации, а также оценка влияния ЛОТ иа колористические характеристики и прочностные показатели окрашенного волокна; исследование влияния лигносульфонатов на восстановление хромирующего агента в процессе хромирования;
- разработка и проверка в производственных условиях новых
технологий карбонизации шерсти в присутствии лигносульфонатов и
крашения шерстяного карбонизованного волокна, активированного с
помощью ЛОТ на стадии его нейтрализации.
Научная новизна. Впервые теоретически и экспериментально обоснована возможность применения лигносульфонатов в качестве защитных агентов в процессе карбонизации шерсти, а также возможность совмещения активации шерстяного волокна и операции нейтрализации карбонизованной шерсти с целью интенсификации последующего процесса крашения и улучшения колористических характеристик окрашенной шерсти. Наиболее существенные результаты, полученные при этом, следующие:
обоснована целесообразность и эффективность использования лигносульфонатов на всех этапах подготовки и крашения шерсти;
изучена кинетика физико-химических процессов, происходящих в карбонизационных и красильных системах с участием лигносульфонатов;
предложены механизмы взаимодействия ЛСТ с перстяным волокном, хромовыми красителями и хромирующими агентами;
теоретически обосновано и экспериментально установлено снижение повреждений шерстяного волокна прикарбонизации и крашении в присутствии лигносульфонатов;
исследована возможность интенсификации процесса крашения шерстяного волокна при обработке его лигносульфонатами на стадии нейтрализации;
оценено влияния лигносульфонатов на колористические характеристики и прочностные показатели окрашенного волокна;
установлено интенсифицирующее влияния ЛСТ на процесс хромирования при крашении хромовыми красителями;
разработаны и проверены в производственных условиях новые технологии карбонизации шерсти в присутствии лигносульфонатов и крашения шерстяного карбонизованного волокна, активированного с помощью ЛСТ на стадии нейтрализации.
Практическая вначимость. В работе теоретически обоснованы, разработаны и экспериментально подтверждены технологии карбони-вации и крашения шерстяного карбонизованного волокна с исшэльбо-ванием лигносульфонатов, обеспечивающие получение высоких проч- . ностнііх и колористических характеристик.
Принципиальная новизна технологий подтверждена Авторским свидетельством СССР N 1513059 от 8.06.89 г. и Патентом РФ N 2053322 от 27.01.96 Г.
Предложенные технологии обработки текстильных материалов в сравнении с традиционными технологиями карбонизации и крашения карбонизованного волокна характеризуются сокращением длительности процессов, снижением содержания остаточной кислоты в волокне после ісарбонизации; снижением потерь прочности волокна на всех стадиях обработки; достижением высоких колористических характеристик; решением экологических проблем, связанных с крашением хромовыми красителями, уменьшением энергозатрат.
Внедрение разработанных технологий приводит к сокращению обрывности пряжи в прядении и ткачестве, что снижает потери дорогостоящего сырья.
Разработанные технологии карбонизации и крашения шерстяного волокна опробованы и внедрены на Шуйской суконной фабрике и на Черниговском камвольно-суконном комбинате. Годовой экономический эффект от внедрения на Шуйской суконной фабрике (при расчете экономии только за счет снижения затрат на химматериалы) составил в ценах 1994 г. 10,58 млн.руб., на Черниговском камвольно-суконном комбинате в ценах 1992 года - 79,9 тыс.руб.
Автор защищает:
теоретическое и экспериментальное обоснование эффективности использования лигносульфонатов различных марок в качестве текстильных вспомогательных веществ во всех процессах подготовки и крашения шерстяного волокна: карбонизации, нейтрализации, крашения и хромирования (в случае применения хромовых красителей);
установленный механизм взаимодействия лигносульфонатов с шерстяным волокном и хромовыми красителями;
выявленную способность лигносульфонатов защищать шерстяное волокно от повреждения в процессах подготовки и крашения;
установленную взаимосвязь между защитным действием лигносульфонатов и их способностью сорбироваться шерстяным ВОЛОКНОМ, '
- Б -
а также ля воеютомовителвпой способности»;
выявленную способность лигносульфонатов интенсифицировать процесе крашения шерстяного волокна;
установленную взаимосвязь между интенсифицирующим воздействием лигносульфонатов на процесс крашения и химическим строением применяемых красителей;
теоретическое и экспериментальное обоснование возможности совмещения процесса нейтрализации карбоиизованного шерстяного волокна с его активацией ЛСТ перед последующим крашением;
разработанные технологии карбонизации и крашения шерстяного волокна с применением лигносульфонатов.
Общая характеристика объектов и методов исследования. В ра-. боте использовалось грубое шерстяное волокно, а также шерстяная гребенная лента; предварительно очищенные и технические хромовые красители; текстильно-вспомогательные вещества отечественного и зарубежного производства: лигносульфонаты натрия марок А, В, В, Е, ЛСТ кальция марки В и ЛСТ аммония марок В и Д, смачиватели словатон CR и превоцелл W-0F, а также муравьиная и молочная кислоты.
Экспериментальные исследования проводились с привлечением современных методов физико-химического анализа: ИК-спектроскопи-ческого, электронно-микроскопического, спектрофотометрического, потенциомєтрического. Теоретические расчеты ряда характеристик молекул красителей основывались на использовании методов молекулярной механики. Физико-механические, колористические и другие показатели качества текстильных материалов оценивались по методикам, предусмотренным государственными стандартами. Оценка погрешностей измерений при проведении экспериментов проводилась с использованием методов математической статистики.
Апробация работы. Основные материалы диссертации доложены, обсуждены и получили положительную оценку:
на Всесоюзной конференции студентов и аспирантов "Физико-химические, медико-биологические основы создания химических товаров", 1986 г. (Пермь);
на Всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых "Технический прогресс в развитии ассортимента и качества изделий легкой промышленности", 1987 г. (Иваново);
на Всесоюзной конференции молодых ученых и студентов "Хи-
мическая технология и проблемы токсичности, 1987 г. (Москва);
на У1Всесою8ном Совещании по химии неводных растворов неорганических и комплексных соединений в 1987 г. (Ростов-на-Дону);
на научно-технических конференциях "Научным разработкам -широкое внедрение в практику" (Прогресс-89), (Прогресс-90), 1989 г., 1990 г. (Иваново);
на научно-практических конференциях преподавателей и сотрудников ИХТИ В 1986 Г., 1990 г. (Иваново);
на Международных научно-технических конференциях "Проблемы развития текстильной и легкой промышленности в современных условиях" (Прогресс-92), (Прогресс-94), 1992 г., 1994 г. (Иваново);
на Международной конференции "Текстильная химия", 1992 г. (Иваново);
на I Региональной конференции ИГХТА 1996 г.
на II Международном Конгрессе колористов "За возрождение Российского текстиля", 1996 г. (Иваново);
на Международном ісонгрессе "Современные проблемы науч-но-производственно-оСразовательного комплекса текстильной и легкой промышленности" - 1996 г. (Иваново);
Содержание представленных докладов отражено в тезисах вышеперечисленных конференций.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа содержит: введение, литературный обзор, экспериментальную часть с обсуждением результатов, выводы, список использованной литературы (181 наименование) и приложение. Основная часть диссертационной работы изложена на 184 страницах машинописного текста, включает 28 рисунков и 21 таблицу.
