Подготовка текстильных материалов из искусственных целлюлозных волокон

К искусственным целлюлозным волокнам относятся: вискозное, медно-аммиачное, ацетатное и триацетатное волокна. Сырьем для получения этих волокон служит главным образом древесная целлюлоза. Иногда для производства искусственных целлюлозных волокон используют отходы хлопка.

Искусственные целлюлозные волокна получают формованием нити из соответствующих растворов. Вискозные, ацетатные и триацетатные волокна получают из сложных эфиров целлюлозы: медно-аммиачные волокна получают из растворов древесной целлюлозы в медно-аммиачном растворе.

Примерный состав искусственного целлюлозного волокна (вискозы) таков %: -целлюлоза - 80

гемицеллюлоза - 15

пентозаны - 35

смола - 0,5

мыла - 0,5-0,7

зольные вещества - 0,4-0,5

лигнинподобные - 0,3.

Гемицеллюлоза, смола, пентозаны и остатки лигнина перешли в волокно из исходной древесной целлюлозы. Сера сохраняется после неполного десульфирования, мыло наносится на нити при отделке. Как правило, волокно содержит еще двуокись титана, используемого для матирования волокна и красители, которыми окрашивают волокно в массе.

Искусственные целлюлозные волокна дают рентгенограмму, напоми-нающую рентгенограмму мерсеризованной целлюлозы, то есть они по сути дела состоят из гидратцеллюлозы. Однако в отличие от гидратцеллюлозы основу искусственных целлюлозных волокон составляет -целлюлоза (в то время как основу природной целлюлозы составляет -целлюлоза). Кроме того в процессах получения искусственных целлюлозных волокон протекают достаточно глубокие процессы гидролитического расщепления исходной целлюлозы и степень полимеризации -целлюлозных цепей » 280-320.

Другим важным отличием гидратцеллюлозных волокон от хлопкового волокна, является более рыхлая структура, связанная с меньшей упорядоченностью главных цепей. Это приводит к существенным особенностям гидратцеллюлозных волокон. Они более гигроскопичны, сильнее набухают и вследствие этого в мокром состоянии значительно теряют в прочности. Кроме того, они менее стойки к действию кислот и особенно щелочей.

Если сравнивать искусственные целлюлозные волокна, то можно отметить ряд особенностей у каждого из вида волокна, вызванные особенностями производства. Если оценивать физико-механические и химические свойства искусственных целлюлозных волокон, то можно отметить, что наиболее гигроскопичными волокнами являются вискозные волокна. Они же характеризуются наименьшей упорядоченностью структуры, наибольшей потерей прочности в мокром состоянии (до 50-60 %) и наибольшей активностью при взаимодействии с химическими реагентами. По свойствам наиболее близко стоит к нему медно-аммиачное волокно, отличаясь более однородной структурой, высокой прочностью в сушке, меньшей потерей прочности в мокром состоянии.

Далее следуют штапельные вискозные волокна: так называемое полинозное волокно, высокомодульное волокно, которые по своим свойствам близки к хлопковым волокнам. От вискозного волокна они отличаются степенью полимеризации, более высокой степенью упорядоченности структуры и структурной однородностью. Следствием этого является большая прочность волокон, меньшая гигроскопичность и набухаемость, более высокая устойчивость к действию химических реагентов.

В последнее время в результате модификации вискозного волокна путем привитой сополимеризации акрилонитрилом, стиролом, акриловой и метакриловой кислотой были получены новые ценные волокна, например мтилон – сополимер целлюлозы (60%) и полиакрилонитрила (40%). Это волокно по внешнему виду напоминает шерсть, устойчиво к действию солнечного света и микроорганизмов.

Ацетатные и триацетатные волокна, в отличие от гидратцеллюлозных волокон (вискозного и медно-аммиачного), являются сложным эфиром целлюлозы и уксусной кислоты.

Большая часть гидроксильных групп целлюлозы в ацетатном и триацетатном волокне замещена на ацетильные группы. Вследствие этого ацетатные и триацетатные волокна менее гигроскопичны по сравнению с вискозными. Менее набухают, имеют большую прочность в сухом состоянии и меньше теряют ее в мокром.

С другой стороны наличие ацетильных групп приводит к тому, что ацетатные и триацетатные волокна растворяются в органических растворителях.

Ацетатные и триацетатные волокна имеют более низкую линейную плотность, термопластичны: при t > 180 ⁰С размягчаются, при t = 230 ⁰С ацетат а при t = 310-315 триацетат плавятся.

Ацетатные и триацетатные волокна легко омыляются щелочами, под действием кислот подвергаются гидролитической деструкции, хотя триацетатные волокна несколько менее устойчивы. В то же время они относительно устойчивы к действию восстановителей и окислителей.

Особенности строения и химического состава искусственных щелочных волокон определяют и особенности подготовки изделий из этих волокон.

Как мы уже отметили искусственные целлюлозные волокна условно делятся на 3 группы по химическому строению и свойствам:

- вискозные и медно-аммиачные;

- вискозные штапельные волокна;

- ацетатные и триацетатные волокна.

В соответствии с этим условным делением искусственных целлюлозных волокон рассмотрим и особенности их подготовки.

Подготовка тканей из вискозных и медно-аммиачных волокон. Вискозное и медно-аммиачное волокна не содержат естественных примесей. Не смотря на это, перед крашением и печатанием их подвергают отварке для удаления веществ, нанесенных на нити в процессе изготовления. Это замасливающие вещества, красители для подкрашивания нитей различной крутки и шлихта.

Во время процесса отварки происходит, кроме того, релаксация внутренних напряжений в нити, которые возникают при их изготовлении и переработке.

Поскольку искусственные целлюлозные волокна более чувствительны к воздействию химических реактивов, в особенности щелочей, то для их обработки используют лишь сравнительно мягко действующие реактивы при невысокой температуре и небольшой продолжительности обработки.

В связи с этим все вещества, наносимые на нити в процессе производства должны легко удаляться с волокна.

Для упрощения и удешевления операций подготовки для замасливания используют преимущественно мыла, водные эмульсии состоящие из минерального масла, олеиновой кислоты и триэтаноламина; для подкрашивания используют кислотные красители, не имеющие сродства к волокну, а в качестве шлихты используют эфиры целлюлозы (метиловые, карбоксиметиловые), полиакриламид, ПВС и крахмал, подвергнутый определенной степени расщепления. Все эти вещества при правильном подборе легко смываются с волокон.

Для очистки тканей из гидратцеллюлозных волокон используют моющие растворы с высоким смачивающим, растворяющим и эмульгирующим действием.

Обычно процесс подготовки ограничивается отваркой в растворе синтетических анионактивных или неионогенных веществ.

Состав раствора: ТМС, либо сульфонол, метаупон или превацел; 1-2 г/л, реже 40% - мыло - 6-8 г/л в смеси с кальцинированной содой - 0,5-0,8 г/л.

Из ПАВ используют биологически мягкие продукты. Обработку ведут при t = 85-90 ⁰С в течение 45-60 мин. Затем следует промывка в горячей и холодной воде.

В том случае если ткани выпускают в белом виде или используют под белоземельную печать они подвергаются отбеливанию.

Поскольку гидратцеллюлозные волокна значительно теряют прочность в мокром виде, то при отварке они должны испытывать минимальное натяжение. Это осуществимо на механических жгутовых барках (ткань обрабатывается свободным жгутом). Особенно важно, чтобы ткань не испытывала натяжение при отварке креповых тканей. Известно, что креповый эфир проявляется, если для изготовления ткани используют нити высокой степени крутки. При влажно-тепловой обработке происходит релаксация внутренних напряжений крученой нити, возникших в процессе их производства, нити сильно усаживаются. Обычно креповые нити используют в утке, при усадке увеличиваясь, они изгибают нити основы, что придает ткани волнистую поверхность. При отварке под натяжением, естественно, креповый эффект получить невозможно.

На механических жгутовых барках можно проводить и отбелку тканей из гидратцеллюлозных волокон.

Для отбеливания тканей из гидратцеллюлозных волокон используют гипохлорит и перекись водорода.

При отбеливании NaClO – С_NaClO – 0,5 г/л, t=30 ⁰С, =30 мин.

Затем – промывка водой и кисловка. Далее обработка слабим раствором соды – 0,4 г/л, раствором бисульфита натрия (35%) - 0,4 г/л и снова промывка.

При отбеливании перекисью водорода ткань отваривают в растворе анионактивного препарата – 2 г/л в присутствии соды кальцинированной – 0,25 г/л при t = 90-95 ⁰С в течение 30-60 мин. Промывают водой 35-40 ⁰С, 15 мин.

Далее отбеливают при температуре 85 - 90 ⁰С в течение 60 минут в растворе (г/л): Н₂О₂ (30%) – 3

Na₂SiO₃ – 3

NaOH (100%) – 0,5

неионогенный ПАВ – 1,5

Промывают водой при 35-40 ⁰С, 15 мин. Кислуют уксусной кислотой (СН₃СООН 30%)_ - 0,5 г/л при температуре 45-50 ⁰С в течение 5 мин. и промывают холодной водой 10 мин.

Ткани, склонные к образованию заломов и засечек обрабатывают широким полотном на красильных роликовых машинах.

Подготовка тканей из вискозного штапельного волокна. Подготовка тканей из вискозных комплексных нитей и вискозного штапельного волокна практически аналогична подготовке тканей из вискозных и медно-аммиачных нитей. Однако имеется ряд особенностей в технологии подготовки штапельных тканей:

1) Ткани из вискозного штапельного волокна подвергаются опаливанию.

2) Штапельные ткани содержат как правило шлихту с плохо расщепленным крахмалом. Поэтому обработки в моющем средстве не достаточно для качественной очистки таких тканей.

3) Штапельные ткани требуют высокопроизводительных способов отработки, так как являются массовой продукцией.

Поэтому штапельные ткани после опаливания подвергаются рас-шлихтовке, которую проводят с применением ферментов расщепляющих крахмал: панкреатин, супербиолаза – 1-2 г/л, t = 35-40 ⁰С; рН 6,5-7,5 в присутствии NaCl - 2 г/л, в течение 30-40 мин. Затем ткань промывают.

Для подготовки штапельных тканей достаточно широко используются окислители: гипохлорит натрия, перекись водорода, хлораминт. С помощью этих реагентов расшлихтовка может быть проведена за 5-25 мин. на оборудовании непрерывного действия.

Так как использование перекись водорода обеспечивает одновременно расшлихтовку и отбелку штапельных тканей их можно обрабатывать непрерывным способом на линии ЛОС-120.

1) Ткань замачивается в горячей воде 60-80⁰С.

2) Пропитывается раствором при температуре 50 ⁰С, содержащем:

Н₂О₂ (27%) – 3 г/л

Na₂SiO₃ – 6 г/л

NaOH – 2,4 г/л

ОП-10 – 0,5 г/л.

3) Запаривается в запарном аппарате 20-25 мин. при t = 98-100 ⁰С и промывается горячей (80⁰С) и холодной водой.

4) Отжимается и высушивается на сушильных барабанах.

Для обработки штапельных вискозных тканей жгутом используется линия АОП-1. Обработка ведется в 2 ручья. Ткань пропитывают раствором, содержащем: Н₂О₂, Na₂SiO₃, NaOH и смачивателем. Запаривают при t=98-100⁰С 45-60 мин. и промывают в жгутовой машине ЖМ-260Л свободным жгутом водой при t = 60 ⁰С.

Ацетатные волокна, являются сложным эфиром целлюлозы и уксусной кислоты, которые легко омыляются. Некоторое поверхностное омыление происходит даже в растворах, содержащих 5 г/л мыла, при t>70⁰С.

Это, а также термопластичность ацетатных волокон необходимо учитывать при подготовке текстильных материалов из этих волокон к крашению и печатанию.

Таким образом, ткани из ацетатных волокон отваривают при t = 60-70 ⁰С раствором содержащем: 3 г/л мыла и 1 г/л 25% аммиака в течение 30-45 мин.

Иногда для подготовки используют синтетические моющие препараты (1-2г/л). Варочная ванна при этом имеет нейтральную среду, поэтому температуру можно повысить до 80-85 ⁰С. Соблюдение температурного режима важно не только для предотвращения омыления волокна, но и для того, чтобы не допустить матирования волокна.

В синтетические моющие препараты вводят иногда до 0,5 г/л соды для повышения их активной щелочности.

При тщательном контроле за щелочностью и температурой, для повышения белизны тканей из ацетатных волокон можно проводить перекисные обработки: Н₂О₂ (30%) – 1-3 г/л; Na₂SiO₃ – 0,3 г/л; ПАВ – 0,2 г/л; температура 60 ⁰С, длительность – 20 мин.

Однако эта обработка может повредить волокно, поэтому безопаснее, хотя и дороже, использовать следующие растворы:

хлорит натрия – 0,5-1,5 г/л;

однозамещенный фосфат аммония – 0,5-2 г/л

ОП-10 – 1 г/л.

При температуре 70-80⁰С длительность обработки составляет 60-100 мин. Из-за термопластичности ацетатные ткани легко деформируются и образуют заломы, поэтому обработку их ведут без натяжения и широким полотном.

Для периодических способов обработки предпочтительно использовать красильные роликовые барки, для непрерывных способов – аппараты для отварки ткани свободной петлей фирмы «Меццера» (Италия).

Ткани из триацетатных волокон несколько менее термопластичны и более устойчивы к действию химических реагентов, поэтому они могут обрабатываться по режиму гидратцеллюлозных волокон. Однако, вследствие склонности их к образованию заломов обработку следует вести в расправленном состоянии.

Оптимальным с точки зрения качества обработки и сохранности текстильных материалов является следующий режим:

Анионактивный или неионогенный препарат – 1-2 г/л

Сода кальцинированная – 0,5-2 г/л

Температура 90-95⁰С, время обработки 30-40 мин.

Как известно, изделия из ацетилцеллюлозных волокон электризуются. Для снижения электизуемости тканей из этих волокон для них проводят специальную обработку: S – отделка, которая заключается в обработке их в щелочной среде. При этом ацетильное число (количество гидроксильных групп замещенных ацетильными, приходящееся на 100 глюкозидных групп) снижается на 2-2,5 единицы, то есть происходит незначительное поверхностное омыление. Образовавшаяся гидратцеллюлозная пленка снижает электризу-емость ацетатных волокон, повышает их гигроскопичность улучшает гигиенические свойства.

S-отделку обычно совмещают с отваркой по следующей технологии на аппарате «Меццера».

1) отварка в растворе содержащем:

соду кальцинированную – 4 г/л

ПАВ анионактивный – 0,5 г/л

t=80⁰С, =60 мин.

2) промывка противотоком

Обработка на красильной роликовой барке включает в себя:

1) замачивание в растворе анионактивного ПАВ (1-3 г/л) при t=35⁰С

2) отварка и поверхностное омыление в растворе: NaOH – 2,5-4% при t = 95 ⁰С в 6-8 проходов

3) промывка водой при t=60⁰С – 2 прохода, холодной водой – 2 прохода

4) нейтрализация СН₃СООН 0,5-1 г/л при температуре 30-40⁰С 2 прохода

5) промывка противотоком 2 прохода.