Хлопчатобумажные ткани и их отделка

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Московский государственный текстильный университет имени А.Н. Косыгина

Контрольная работа по дисциплине:

«Химическая технология волокнистых материалов»

По темам: «Подготовка хлопчатобумажных тканей. Физико-химические основы процесса отварки»

«Теория и технология процесса крашения прямыми красителями»

«Печать азоидными красителями»

«Заключительная отделка общего назначения для хлопчатобумажных тканей»

Москва 2009

Содержание

Введение. Строение и состав хлопкового волокна

1. Подготовка хлопчатобумажных тканей к крашению и печатанию

1.1 Физико-химические основы процесса отварки

2. Печатание и крашение тканей

2.1 Принципы построения процессов печатания и крашения

3. Печатание азоидными красителями

4. Заключительная отделка хлопчатобумажных тканей

4.1 Аппретирование тканей

4.2 Придание тканям стандартной ширины и исправление перекосов уточных нитей

4.3 Получение на тканях эффектов серебристо-шелковистой отделки, тиснения, лощения, гофрирования

Введение

СТРОЕНИЕ И СОСТАВ ХЛОПКОВОГО ВОЛОКНА

Хлопчатобумажные ткани вырабатываются из природного целлюлозного волокна - хлопка.

Хлопковое волокно на 95 - 96% состоит из природного полимера - целлюлозы, химическое строение и свойства которой определяют свойства хлопчатобумажных тканей в целом и технологию их обработки в отделочном производстве. Кроме того, в хлопковом волокне имеются сопутствующие целлюлозе вещества (примеси), которые необходимо удалить из нее в процессе подготовки тканей к крашению и печатанию. Основными примесями являются: воскообразные, азотсодержащие (белковые), пектиновые вещества, минеральные соли и естественные красители (следы). Последние придают тканям нежелательный желтоватый оттенок.

Целлюлоза представляет собой высокомолекулярное соединение, образованное остатками в-Д-глюкопиранозы, которые соединены друг с другом 1-4 глюкозидными связями. Отдельные макромолекулы целлюлозы в волокне связаны между собой межмолекулярными водородными связями. Общую формулу целлюлозы можно представить в виде [C6H7O2(OH)3]n , где n - степень полимеризации. Для целлюлозы хлопка n = 10000-15000. Наличие в макромолекуле целлюлозы большого числа гидроксильных групп, прочность глюкозидной связи и суммарная энергия межмолекулярных водородных связей определяют специфические свойства хлопкового волокна. Оно устойчиво к действию органических растворителей, набухает в водных растворах, особенно при нагревании, выдерживает кратковременное воздействие температуры 200оС. При длительном нагревании (при температуре >100оС) происходят необратимые структурные изменения.

Разбавленные растворы минеральных кислот (до 5 г/л) при температуре 20-30оС в течение 15-60 мин не оказывают деструктирующего воздействия на целлюлозу. При повышении температуры и длительности обработки происходит разрушение волокна по причине гидролиза целлюлозы до низкомолекулярных продуктов, смесь которых называют - гидроцеллюлоза. Водные растворы органических кислот на целлюлозу не действуют.

К водным растворам едкого натра (до 1%) целлюлоза хлопка устойчива при температуре 20-30оС. При повышении температуры и концентрации щелочи целлюлоза окисляется кислородом воздуха с образованием смеси продуктов различной степени деструкции оксицеллюлозы. В концентрированных растворах щелочей (25-30%) происходит набухание хлопкового волокна. При этом щелочь вступает в химическое взаимодействие с целлюлозой. Образующаяся при этом щелочная целлюлоза легко гидролизуется до гидратцеллюлозы. Аналогичные превращения происходят с целлюлозой в жидком аммиаке при температуре -33,4оС. В медно-аммиачных растворах целлюлоза растворяется.

Окислители (гипохлориты, хлориты, перекись водорода) деструктируют целлюлозу с образованием оксицеллюлозы, что сопровождается понижением степени ее полимеризации. Интенсивность деструкции зависит от природы окислителя, рН среды и температуры. Целлюлоза окисляется также под действием света в присутствии кислорода воздуха. Окисление усиливается при повышении температуры, влажности окружающей среды и в присутствии красителей.

Водные растворы восстановителей (бисульфита, ронгалита, борогидрида натрия, сульфита и гидросульфита натрия) на целлюлозу не действуют.

Эксплуатация и хранение хлопчатобумажных текстильных изделий в условиях повышенной влажности способствуют развитию микроорганизмов - плесневых грибов и бактерий, разрушающих волокно. При этом наблюдается глубокая деструкция целлюлозы с выделением различных газообразных продуктов.

Линейные макромолекулы, образующие целлюлозные волокна, (хлопок, лен, гидратцеллюлоза) неодинаково ориентированы в различных областях волокна. В некоторых зонах макромолекулы располагаются близко друг к другу вдоль оси волокна, т.е. упорядоченно и образуют микрокристаллические зоны; в других - макромолекулы переплетаются, создавая неориентированные, неупорядоченные аморфные зоны. Наличие таких участков с различной степенью ориентации и уплотнением макромолекул является очень важным фактором, определяющим свойства волокон. Аморфные области волокна являются менее плотными и более реакционноспособными. Они более гигроскопичны, легче набухают в водных растворах, более доступны для проникновения красителей в глубь волокна. В кристаллические участки волокна доступ химических реактивов и даже молекул воды затруднен. Степень кристалличности хлопкового волокна составляет 60-70%, набухание в воде порядка 45%.

1. ПОДГОТОВКА ХЛОПЧАТОБУМАЖНЫХ ТКАНЕЙ К КРАШЕНИЮ И ПЕЧАТАНИЮ

Поступающие на отделочную фабрику ткани подвергаются разбраковке, в количестве 10% от каждой партии. Далее, в зависимости от технологии обработки, подбираются куски суровья, клеймятся и сшиваются встык на швейных машинах в непрерывное полотно.

В суровом виде ткани содержат многочисленные примеси:

ь природные (присутствуют в натуральных волокнах);

ь технологические (наносят на волокно или ткань в процессах их изготовления).

К технологическим примесям относятся: замасливатели и антистатики (наносятся на волокна перед процессами прядения), шлихтующие агенты (наносятся на нити основы перед процессом ткачества для повышения прочности и уменьшения обрывности пряжи), маркирующие красители и случайные загрязнения.

Вышеперечисленные примеси сообщают суровым тканям жёсткость, гидрофобность (несмачиваемость), неприятный серовато-жёлтый цвет, склонность к развитию микроорганизмов и др. Если их не удалить, они серьёзно затрудняют процессы крашения, печатания и заключительной отделки.

Для полного удаления сопутствующих веществ и сообщения тканям хороших капиллярных свойств, высокой степени белизны и ряда других необходимых положительных свойств требуется целый комплекс сложных взаимосвязанных физико-механических и химических обработок. Они реализуются в процессах подготовки тканей к крашению и печатанию. Важнейшей задачей подготовки тканей является максимальное сохранение исходных позитивных свойств волокон. Поскольку текстильные материалы имеют неодинаковое химическое строение и свойства, а ткани из них содержат различные по природе примеси, то к технологии подготовки следует подходить дифференцировано, в соответствии с природой волокна.

1.1 Физико-химические основы процесса отварки

Щелочная отварка является основной операцией процесса подготовки хлопчатобумажных тканей. Назначение этого процесса заключается в удалении природных примесей целлюлозы, а также примесей, нанесенных на волокно в прядении и ткачестве. Одновременно с этим необходимо обеспечить равномерную и высокую смачивающую и сорбционную способность при максимальном сохранении исходных физико-механических свойств хлопкового волокна. Это достигается в результате происходящих при отварке сложных физических, химических и коллоидно-химических процессов, таких как адсорбция, диффузия, набухание, растворение, эмульгирование, гидролиз и окисление.

Эффективное удаление примесей целлюлозы и получение высокой капиллярности достигается лишь при горячих щелочных обработках. Гидрофобные свойства хлопка обусловлены наличием на наружной поверхности волокна пектиновых, азотсодержащих (белковых) и воскообразных примесей. В процессе отварки в волокне протекают следующие химические процессы.

Пектиновые вещества под действием щелочи при высокой температуре гидролизуются с образованием водорастворимых продуктов (пентозы, гексозы и др.)

Белковые соединения в щелочной среде гидролизуются, а образующиеся натриевые соли аминокислот не только способны переходить в раствор, но и являются хорошими эмульгаторами, способствующими интенсивному удалению воскообразных веществ и других загрязнений с поверхности волокна.

Воскообразные примеси, представляющие собой сложные эфиры высших кислот с жирными спиртами, частично гидролизуются под действием щелочи:

Выделяющиеся при этом, хотя и в незначительном количестве, жирные кислоты (пальмитиновая, стеариновая, олеиновая) под влиянием щелочи образуют натриевые соли - мыла, обладающие высокой поверхностной активностью, хорошей растворимостью в воде и высокой эмульгирующей способностью. Такие вещества называют поверхностно-активными (ПАВ), поскольку они способны снижать поверхностное натяжение на поверхности раздела фаз «варочная жидкость - воскообразные частицы». Молекулы ПАВ своими гидрофобными концами вступают в контакт с воскообразными примесями и полярными гидрофильными группами ориентируются в сторону варочного раствора. При этом расплавленная капля воска стягивается по периметру, превращаясь в шарообразную микрокаплю, удерживаемую поверхностью волокна в одной точке как это показано на рис.1.

волокно

Рис.1. Механизм эмульгирования воскообразных примесей

Эмульгированные поверхностно-активными веществами воскообразные частицы отрываются от поверхности волокна и переходят в раствор, образуя устойчивую эмульсионную систему. Путем омыления жировых веществ удаляется около 40% воскообразных примесей, остальные выводят из волокна введением в варочную жидкость дополнительного количества ПАВ. Последние должны обладать не только поверхностно-активными свойствами, но и высокой эмульгирующей способностью, то есть не вызывать слипания частиц и расслаивания эмульсии. ПАВ должны биологически расщепляться в сточных водах, обладать устойчивостью к действию высоких температур и быть сравнительно недорогими.

Экстрагированные из волокна примеси и образующиеся при отварке осадки гидроксидов металлов должны удерживаться в растворе и повторно не сорбироваться волокном.

Минеральные вещества, сопутствующие целлюлозе, при взаимодействии со щёлочью образуют гидраты, растворимые в воде, и удаляются при промывке.

В процессе отварки не исключена возможность каталитического окисления целлюлозы активным кислородом, так как при высокой температуре обработки кислород воздуха в присутствии щелочей образует перекисные соединения. Последние взаимодействуют с целлюлозой, в результате чего получается оксицеллюлоза. Об этом свидетельствует снижение вязкости медно-аммиачных растворов целлюлозы в процессе варки.

Данные теоретические предпосылки учитываются при реализации процесса отварки на практике. Так в состав варочной жидкости кроме гидроксида натрия (основного компонента, разрушающего практически все примеси) и ПАВ дополнительно вводят силикат натрия - Na₂SiO₃ и восстановители (традиционно бисульфит натрия - NaHSO₃).

Силикат натрия адсорбирует продукты распада естественных примесей целлюлозы и тем самым устраняет возможность их повторного осаждения на волокно. Кроме того, он выступает в качестве защитного средства, препятствующего образованию на ткани осадков гидроксидов металлов в виде ржавых пятен. Последние образуются в варочной жидкости из компонентов, содержащихся в воде - солей железа, солей жёсткости и др. - в виде устойчивых коллоидных гидрозолей. Силикат натрия коагулирует их, превращая в грубодисперсные частицы, не способные сорбироваться волокном.

Восстановители в составе варочной жидкости выполняют две функции: защищают целлюлозу от окисляющего действия кислорода воздуха и способствуют удалению лигнина, содержащегося в механических примесях в виде «галочек». Помимо бисульфита натрия, в условиях непрерывных процессов отварки при высоких концентрациях щёлочи, в качестве восстановителей рекомендуют использовать ронгалит, диоксид тиомочевины, тиомочевину, сульфид натрия, а в последние годы - антрахинон и его производные.

На качество отварки оказывают влияние такие факторы как сортность хлопкового волокна, характер крутки, линейная плотность пряжи, структура ткани и др. В зависимости от этого отварку проводят либо в варочных котлах (периодический способ), либо в запарных варочных аппаратах или запарных машинах различной конструкции (непрерывные способы).

Периодический способ отварки тканей в котлах обеспечивает высокое качество обработки и является незаменимым при подготовке марли, а также плотных, тяжелых тканей, выработанных из засорённого хлопка. Принцип работы котла заключается в двустороннем (сверху вниз и снизу вверх) прокачивании варочной жидкости с концентрацией щёлочи 9 - 12 г/л при температуре 130^оС в течение 4 часов через толщу текстильного материала, плотно и равномерно уложенного в котле в виде жгута. Со всеми подготовительными операциями - загрузка ткани, заполнение котла раствором, разогрев варочной жидкости, расхолаживание котла, выборка ткани - общая длительность цикла отварки составляет 12 часов. Поэтому обработка тканей периодическим способом - процесс весьма трудоёмкий и длительный, требующий большого расхода электроэнергии и воды.

Непрерывные способы отварки, как и периодические, должны обеспечить высокую капиллярность ткани, но за более короткое время (1 час). На практике это достигается повышением концентрации веществ, содержащихся в варочной жидкости. Так концентрацию основного компонента - гидроксида натрия - увеличивают в 3 раза, а при ускоренных способах отварки она составляет 100-130 г/л.

Щелочная отварка по непрерывному способу осуществляется на поточных линиях, в состав которых могут входить машины различной конструкции. Пропитанная варочной жидкостью ткань в виде жгута или расправленного полотна обрабатывается насыщенным водяным паром при температуре 101 - 103^оС в течение 1 - 2 часов, а затем тщательно промывается. Машины для непрерывной обработки тканей входят в состав линий беления и составляют секцию отварки. Этим достигается высокая производительность непрерывных способов подготовки (беления) хлопчатобумажных тканей. Исключительно важную роль при этом играет паровая среда, в которой ткань быстро прогревается и набухает, что значительно интенсифицирует процесс удаления примесей. Сама ткань выполняет функции реактора, поскольку все рассмотренные ранее процессы удаления примесей протекают непосредственно в её структуре.

2. ПЕЧАТАНИЕ И КРАШЕНИЕ ТКАНЕЙ

2.1 Принципы построения процессов печатания и крашения

Различают следующие виды печати:

ь прямую;

ь вытравную;

ь резервную.

При прямой печати цветной узор наносят на белую ткань. Её разновидностью является накладная печать, когда рисунок печатают по гладкокрашеной ткани без разрушения окраски основного фона.

При вытравной печати на окрашенную ткань наносят составы, которые разрушают краситель в местах их нанесения, и на окрашенном полотне воспроизводятся белые или цветные узоры.

Резервный способ печати предусматривает крашение ткани после нанесения на неё рисунка. При этом в состав печатной краски вводят резервирующие вещества, которые предохраняют волокно от взаимодействия с красителем.

В настоящее время в мире производится несколько тысяч марок красителей для колорирования текстильных материалов из различных видов волокон. Для удобства их применения пользуются технической классификацией красителей.

Техническая классификация учитывает технологические особенности красителей, отношение к волокнам различной природы, характер связи красителя с волокном, а также способность красителя растворяться или не растворяться в воде.

Наибольшее применение в текстильной технологии получили следующие группы красителей:

ь Растворимые в воде - прямые, активные, кислотные, катионные.

ь Нерастворимые в воде - кубовые, сернистые, дисперсные, пигменты.

ь Образующиеся на волокне - азоидные, чёрный анилин.

Для колорирования тканей из целлюлозных волокон (хлопок, лён, гидратцеллюлоза) используют прямые, активные, кубовые, сернистые, азоидные красители, а также пигменты и чёрный анилин.

Несмотря на различия в химическом строении и технологических свойствах, все красители, применяемые для окрашивания целлюлозных волокон, имеют общие признаки. Это, прежде всего, склонность к образованию больших по размерам агрегированных частиц. Процесс агрегации представляет собой взаимодействие молекул красителя друг с другом за счет образования водородных связей между электронодонорными -ОН и -NH₂ группами (ауксохромные группы). Последние являются неотъемлемой составляющей любого красителя. В общем виде процесс можно представить так:

Ввиду того, что поглощение красителя волокном возможно лишь в виде отдельных ионов или молекул, задача диспергирования частиц красителей до мономолекулярного состояния за счёт их дезагрегации (разрушения агрегатов), является одной из первостепенных. При крашении этого добиваются повышением температуры и введением в красильную ванну растворителей или диспергаторов.

Основным параметром технологического процесса крашения является скорость перехода красителя на волокно. От этого зависит интенсивность и равномерность окраски.

При погружении в воду или технологические растворы целлюлозные волокна приобретают отрицательный заряд за счёт диссоциации гидроксильных и карбоксильных групп:

Целл - ОН Целл - О^- + Н⁺

Целл - СООН Целл - СОО^- + Н⁺

Все красители для целлюлозных волокон относятся к классу анионных, то есть в водных растворах они диссоциируют с образованием отрицательно заряженных ионов. Это относится к прямым, активным, сернистым, кубовым красителям, кубозолям и азосотавляющим азоидных красителей. Например, для молекул прямых и активных красителей справедлива запись:

В процессе крашения отрицательно заряженные частицы красителя будут отталкиваться от одноименно заряженной поверхности волокна, что замедлит переход окрашенных частиц на волокно. Для преодоления сил отталкивания при крашении целлюлозных волокон в пропиточные растворы вводят нейтральные электролиты, обычно хлорид или сульфат натрия. Последние, диссоциируя в водных растворах по схеме: NaCl Na⁺ + Cl^-, поставляют в раствор положительно заряженные ионы, которые нейтрализуют отрицательный заряд волокна и красителя. Следствием этого является более быстрый и полный переход красителя на волокно, что приводит к повышению интенсивности окрасок и меньшему загрязнению сточных вод красителями.

Наиболее важным фактором, управляющим процессами крашения, является температура. Выбор температурного режима зависит от природы красителя и его технологических свойств. Однако, в любом случае, в условиях реализации периодического способа содержание красителя на волокне изменяется с ростом температуры и достигает максимума при её оптимальном значении (Т_опт.). Эта величина индивидуальна для каждого красителя и приводится в специальных колористических справочниках. Необходимость соблюдения оптимальной температуры крашения можно объяснить следующим образом. В начале процесса с ростом температуры увеличивается растворимость красителя, растет доля мономолекулярной фракции (дезагрегация), возрастает активность красителя и его поглощение волокном. Параллельно увеличивается скорость набухания волокна и облегчается процесс внутренней диффузии. При достижении Т_опт., по мере дальнейшего роста температуры и увеличения кинетической энергии молекул красителя, его связь с волокном может разрушаться.

В связи с существующей в настоящее время тенденцией к объединению отделочных и швейных предприятий, развитием малого бизнеса и необходимости производить как само сырье, так и готовые изделия, знание общих принципов технологического процесса крашения специалисту швейного производства крайне необходимо.

3. Печатание азоидными красителями

В промышленности получили применение два способа печатания азоидными красителями:

ь загущенными диазорастворами по предварительно азотолированной ткани;

ь смесью азотолов и устойчивых пассивных форм диазосоединений.

Первый способ используют в грунтовой печати. На ткань, пропитанную раствором азотолята и высушенную, наносят печатную краску, содержащую диазоль, ацетат натрия или уксусную кислоту (чтобы создать необходимый для реакции азосочетания рН), загустку и воду. После печатания и сушки ткань иногда обрабатывают в зрельнике для ускорения реакции азосочетания и получения более ярких и прочных окрасок. Далее ткань промывают.

Данный способ печатания имеет ряд недостатков:

ь азотол расходуется непроизводительно и трудно смывается с ткани;

ь сложно получить разнообразную цветовую гамму, так как варьировать можно только азосоставляющую;

ь необходима дополнительная операция азотолирования ткани.

Указанные недостатки послужили причиной создания второго способа печатания, когда азо- и диазосоставляющие наносятся на ткань в составе одной печатной краски. При этом диазосоединение находится в неактивной форме, которая не способна реагировать с азотолятами. Сочетание происходит только после нанесения печатной краски на ткань, путём перевода пассивной формы диазосоединения в активную, которая и сочетается с азотолами.

Разработано несколько вариантов реализации этого способа из которых наибольшее применение получил способ печати нейтрально проявляемыми диазаминолами (пологены, нейтрогены, диазаминолы с маркой Н и др.)

Диазоаминосоединения в этих препаратах устойчивы в обычных условиях, а в условиях запарного зрельника при высокой влажности и температуре, распадаются с выделением активного диазосоединения. Оно вступает в реакцию с азотолятом, образуя на ткани нерастворимый азопигмент. Ткань печатают составом, содержащим пологен, мочевину, гидроксид натрия, сульфат магния и загуститель, сушат, запаривают в паровой среде и промывают.

4. ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ОТДЕЛКА ХЛОПЧАТОБУМАЖНЫХ ТКАНЕЙ

В процессах заключительной отделки происходит значительное улучшение качества тканей, повышение долговечности и износостойкости изделий из них. Заключительной отделке подвергают отбеленные, гладкокрашеные и набивные ткани. Основной задачей является придание тканям завершенного товарного вида, красивого высоко эстетического оформления, стандартной ширины. На этом этапе в зависимости от назначения материала также необходимо придать ему жёсткость или мягкость, добротность, драпируемость, шелковистость, повысить эластичность, а если необходимо и специальные свойства (водоотталкивающие, огнезащитные, противогнилостные и др.).

Все процессы заключительной отделки делят на механические и химические. Механические процессы отделки включают:

ь сушку;

ь придание стандартной ширины;

ь исправление перекосов уточных нитей;

ь обработку на каландрах;

ь механическую усадку;

ь стрижку;

ь чистку и другие.

В процессах химических обработок на ткань наносят специальные химические составы - аппреты.

В зависимости от их природы и назначения различают традиционную и специальную химические отделки. Традиционная химическая отделка предназначена для улучшения грифа готовой ткани и придания ей товарного вида. Специальная отделка заключается в придании тканям новых свойств: несминаемости, безусадочности, огнестойкости, гидрофобности и др.

Для получения высококачественных тканей химические виды отделок сочетают с механическими обработками. Поскольку ткани из различных волокон обладают специфическими свойствами и имеют разное целевое назначение, то к технологии их заключительной отделки следует подходить дифференцировано.

Несмотря на многие преимущества хлопчатобумажных, вискозных штапельных и льняных тканей перед другими материалами, они обладают и существенными недостатками. В частности, эти ткани:

ь недолговечны;

ь легко сминаются;

ь обладают склонностью усаживаться при стирках.

Эти недостатки могут быть устранены путём нанесения на ткань соответствующих отделочных препаратов, выбор которых определяется способом отделки.

Основными операциями заключительной отделки тканей из целлюлозных волокон являются:

ь аппретирование;

ь придание стандартной ширины;

ь каландрирование.

4.1 Аппретирование тканей

Аппретирование производится с целью улучшения внешнего вида ткани, повышения её износостойкости и придания специальных свойств. Обязательными операциями технологического процесса аппретирования являются пропитка ткани соответствующим составом и последующая её сушка. Для некоторых видов отделок необходима дополнительная термическая обработка. Вид отделки и её качество зависят от назначения ткани, сообщаемых эффектов, степени закрепления аппрета на волокне, устойчивости к стиркам, химической чистке и другим воздействиям.

Для аппретирования хлопчатобумажных и льняных тканей наиболее широко используются крахмальные аппреты, в состав которых входят расщеплённый (частично переведенный в растворимую форму) крахмал, мыло, глицерин, вода и, иногда, мягчители. При аппретировании бельевых полотен и тканей с бело-земельным рисунком для улучшения белизны фона применяют ультрамарин или оптические отбеливающие вещества (ООВ). Крахмальные аппреты вымываются из ткани в процессе стирки, одновременно с этим исчезает и приданный эффект - наполненность, жёсткость, гладкость.

В связи с этим, более эффективными являются малосмываемые аппреты, которые, выполняя функции крахмала, достаточно прочно удерживаются на волокне при стирках. Они также улучшают внешний вид тканей, придают им необходимую упругость, шелковистость, значительно повышают стойкость материала к истиранию, создают условия для удобства раскроя полотна и пошива изделия. В качестве малосмываемых аппретов используют:

термопластичные полимеры (отделка МАПС - малосмываемый аппрет с применением пластичных смол);

термореактивные полимеры (отделка МАРС - малосмываемый аппрет реактивными смолами);

акриламиды (CH₂ = CH - CO - NH₂), которые, обладая ненасыщенной двойной связью, способны легко полимеризоваться и реагировать с подвижными атомами водорода гидроксильных групп целлюлозы.

Придание тканям свойств малосминаемости

В волокне между макромолекулами целлюлозы существуют достаточно слабые силы физического взаимодействия (силы Ван-дер-Ваальса) и водородные связи. Под действием механических нагрузок, особенно при одновременном увлажнении, в волокне возникают необратимые деформации, вызывающие образование складок, заминов и т.д. Деформация смятия ткани сопряжена с возникновением растягивающих усилий в определенных частях волокна. Это приводит к разрыву непрочных межмолекулярных связей, которые после снятия сминающей нагрузки не восстанавливаются, следовательно, волокно распрямляется и вытягивается.

Если между макромолекулами целлюлозы слабые связи чередуются с более прочными, то после снятия внешней нагрузки и растягивающих усилий, структура полимера возвращается в исходное состояние, а волокно сокращается до первоначальной длины. Такое волокно обладает упруго-эластичными свойствами и, следовательно, сохраняет свою форму и размеры. При этом ткань приобретает свойства малосминаемости и малоусадочности, а изделия из них - формоустойчивость.

Из сказанного следует, что для придания тканям упругих свойств и стабилизации структуры волокна, необходимо образование прочных химических связей между его макромолекулами, чередующихся со слабыми водородными. Подобный результат достигается путём обработки ткани предконденсатами термореактивных смол.

Технология процесса малосминаемой отделки тканей

Технологический процесс состоит из операций:

1) пропитки;

2) сушки;

3) термической обработки;

4) промывки ткани.

Пропитку ткани осуществляют раствором предконденсата термореактивной смолы в присутствии катализатора кислой природы. В состав раствора часто вводят смачиватель, мягчитель, пластификатор. Смачиватель интенсифицирует процесс пропитки, особенно низко капиллярных тканей. Мягчитель устраняет нежелательный эффект жёсткости полотна. В качестве мягчителей используют препарат АМ, алкамон ОС-2, аламин М, стеарокс, кремнийорганические соединения (алкамоны). Пластификатор повышает устойчивость ткани к истиранию и снижает потери её прочности на разрыв. С этой целью можно использовать эмульсии термопластичных полимеров, а также мочевину, которая воздействует на структуру волокна и связывает формальдегид. Совместное применение указанных веществ накладывает своеобразный отпечаток на протекающие в волокне химические реакции, придаёт тканям улучшенные потребительские свойства (гибкость, эластичность, мягкость, драпируемость и др.) и повышает устойчивость отделки к кислотному и щелочному гидролизу. Процесс пропитки ткани растворами предконденсатов осуществляется при температуре не выше 30^оС, так как её повышение неизбежно приводит к преждевременной конденсации препарата с образованием нерастворимых продуктов.

Сушат ткани горячим воздухом. Изменение температуры сушки необходимо осуществлять таким образом, чтобы скорость проникновения молекул предконденсата с поверхности вглубь волокна превышала скорость его превращения в высокомолекулярную смолу. В этой связи процесс сушки осуществляют на игольчатых сушильно-ширильных машинах в условиях постепенного подъёма температуры по мере перемещения ткани. Одновременно происходит стабилизация размеров полотна по ширине.

Термическая обработка ткани осуществляется горячим воздухом в течение 2 - 5 минут при температуре 140 - 160^оС. Термообработка создаёт условия для «сшивки» макромолекул целлюлозы поперечными связями и заполнения пор волокна образующейся смолой.

Промывку ткани в мыльно-содовом растворе проводят с целью удаления остатков не прореагировавших веществ, формальдегида и других побочных продуктов реакции.

В настоящее время практически все штапельные ткани выпускают с несминаемой отделкой. Чтобы уменьшить потери прочности при отделке хлопчатобумажных тканей, предварительно её подвергают усиленной мерсеризации.

Технологический процесс малосминаемой отделки льняных тканей ещё более сложен и включает большее число последовательно повторяющихся операций. Ткань сначала мерсеризуют, отмывают от щёлочи, затем обрабатывают раствором предконденсата смолы, высушивают, термообрабатывают, выдерживают в роликах. Далее вновь следует мерсеризация, промывка, сушка, обработка раствором мягчителя и окончательная сушка.

Придание тканям свойств несминаемости в мокром состоянии

Сопротивляемость смятию в мокром состоянии можно сообщить двумя путями:

с использованием обычных предконденсатов, реагирующих с целлюлозой при наличии кислотных катализаторов;

с применением специальных препаратов, способных «сшивать» макромолекулы целлюлозы в щелочной среде.

При использовании традиционных предконденсатов процесс отделки необходимо проводить таким образом, чтобы реакция «сшивки» макромолекул протекала в набухшем волокне. Например, ткань пропитывают раствором карбамола ГЛ, хлорида аммония, полиакриловой эмульсии в присутствии 1н соляной кислоты; накатывают в ролик, обёртывают полиэтиленовой плёнкой и выдерживают при комнатной температуре в течение 24 часов. Далее следует промывка и сушка. Существенным недостатком способа является медленное протекание реакций, поэтому он применим лишь в условиях малых производств.

Формоустойчивая отделка тканей.

Несмотря на то, что ткани с несминаемой отделкой и отделкой «стирай - носи» обладают достаточно ценными эксплуатационными свойствами, их дальнейшая переработка в швейные изделия сопряжена с рядом трудностей. Например, придание нужных форм готовым изделиям или заглаживание складок на них практически невозможно. Также возникают сложности и в работе швейного оборудования.

С точки зрения технологии швейного производства идеальным является вариант, когда отделочные предприятия могли бы поставлять ткань с «потенциальной» несминаемой отделкой, то есть материал, пропитанный отделочным препаратом, но не прошедший термическую обработку. Такая ткань не обладает упругостью и несминаемостью, из неё можно пошить любое изделие, придать ему путём прессования желаемую форму и только после этого подвергнуть высокотемпературной обработке. При этом заданные размеры и форма будут зафиксированы за счёт образования ковалентных химических связей между макромолекулами в том состоянии, в котором они находятся после механической обработки на прессе.

Такой вид отделки получил название формоустойчивая отделка. Сложность технологии состоит в том, что используемый в данном случае препарат, нанесенный на ткань в отделочном производстве, должен обладать свойством долгое время не разлагаться, не вступать в реакцию смолообразования, а также во взаимодействие с волокном. Такими свойствами обладают карбамол ГЛ, производные дивинилсульфона и диметилолалкилкарбоматы с общей формулой

ROOC - N - (CH₂OН)₂

Технологический режим формоустойчивой отделки сводится к следующему. Ткань пропитывают одним из перечисленных отделочных препаратов с добавлением катализатора и вспомогательных веществ, высушивают на сушильно-ширильной машине при температуре 60⁰С, наматывают в рулон, разбраковывают и отправляют на швейное предприятие. В швейном производстве готовые изделия заглаживают на горячих прессах или подвергают влажно-тепловому воздействию, после чего следует термообработка в течение 10 - 15 минут при температуре 125 - 130^оС или 3 - 6 минут при 150 - 160^оС. Для этих целей за рубежом выпускают специальные термофиксационные машины.

При изготовлении изделий по способу «форниз» необходимо применять безусадочные прикладные и подкладочные материалы. Важное значение имеет выбор безусадочных швейных ниток, в противном случае, стягивание швов при термической обработке является неустраняемым дефектом. Фурнитуру (пуговицы, пряжки и т.д.) необходимо пришивать после высокотемпературного воздействия на готовое изделие.

Во время влажно-тепловой обработки деталей одежды происходит частичная конденсация смолы под действием высоких температур. Появившиеся при этом дефекты (заломы, случайные складки) не могут быть устранены переутюжкой или исправлены термофиксацией и не исчезают при последующих многократных стирках изделия.

Особый интерес представляет совмещённая технология влажно-тепловой и формоустойчивой обработок. Её сущность состоит в том, что на стадии пропаривания изделий из целлюлозных волокон в паровую среду вводится технологический раствор на основе предконденсатов термореактивных смол. Все компоненты аппрета наносят на швейное изделие в виде высококонцентрированных эмульсий или пен, которые образуются под воздействием пара на водный раствор предконденсата смолы. Составляющие раствора легко проникают вглубь волокна, обеспечивают быстрое протекание реакций «сшивки» макромолекул целлюлозы, фиксируя тем самым приданную изделию форму. Высокая концентрация аппрета и паровая среда интенсифицируют процесс, значительно ускоряя проникновение отделочного препарата в волокно.

Противоусадочная химическая отделка (ПУХО).

Придание тканям свойств малой усадочности является одной из основных задач заключительной отделки текстильных материалов. Склонность к изменению линейных размеров определяется рядом факторов и, в первую очередь, химической природой волокна, структурой пряжи и характером переплетения ткани. Гидрофильные целлюлозные волокна, благодаря наличию в макромолекулах огромного числа гидроксильных групп, сильно набухают в воде. Вследствие этого происходит утолщение и укорачивание волокна, что предопределяет склонность тканей к усадке в процессах её эксплуатации - это, так называемая, потенциальная усадка. При обработке тканей в отделочном производстве они подвергаются действию как растягивающих, так и сжимающих усилий, поэтому линейные размеры полотна многократно изменяются. Таким образом, до этапа заключительной отделки ткань обладает нестабильными размерами, а изделия из неё способны изменять свою форму в процессе эксплуатации. Нормы допустимой бытовой усадки строго гостируются для тканей различного назначения.

Существуют механический и химический способы стабилизации линейных размеров текстильных полотен.

Химический способ основан на использовании аппретов, обработка которыми приводит к стабилизации структуры волокна. Такими аппретами являются составы на основе предконденсатов термореактивных смол. Подробно взаимодействие данных препаратов с целлюлозой было рассмотрено в предыдущих разделах. При подобной стабилизации линейных размеров метраж ткани не уменьшается, что является основным преимуществом способа. Однако, он имеет ряд существенных недостатков. Во-первых, в данном случае возможна потеря прочности на разрыв; во-вторых, в процессе эксплуатации изделий возможно постепенное разрушение образовавшихся поперечных «сшивок» и смолы, в результате чего появляется тенденция к возрастанию бытовой усадки.

Химизм процесса придания тканям свойств безусадочности с помощью предконденсатов термореактивных смол практически ничем не отличается от такового при сообщении текстильным материалам свойств несминаемости. Поэтому, все ткани с несминаемой отделкой одновременно обладают и свойствами безусадочности.

Часть тканей из целлюлозных волокон по своей структуре и назначению не требует придания им свойств малой сминаемости, но обязательно должны быть безусадочными. Для подобного ассортимента разработана специальная технология противоусадочной химической отделки (ПУХО). В отличие от несминаемой отделки все процессы химической стабилизации линейных размеров основаны на использовании предконденсатов смол в меньших концентрациях и при более мягких условиях обработки. Технологический процесс строится таким образом, чтобы не наблюдалось больших потерь механической прочности материала и была обеспечена высокая стабильность поперечных связей.

Для придания тканям свойств малоусадочности применяют: карбамол, карбамол ЦЭМ, метазин, гликазин, этамон ДС и их смеси. Концентрация предконденсата и катализатора зависит от вида, назначения, толщины и запаса прочности обрабатываемого материала. Для улучшения грифа полотна и повышения устойчивости эффекта отделки в процессе многократных стирок, в аппрет рекомендуют вводить специальные добавки (эластомеры), главным компонентом которых являются акрилаты. Эти добавки проявляют высокую реакционную способность при взаимодействии с волокном и с предконденсатами смол, что обеспечивает достаточную стабильность поперечных связей, а, следовательно, и структуры волокна в целом. Ткань пропитывают указанным составом, сушат и подвергают лёгкой термической обработке при температуре 120 - 130^оС. Стабилизированные химическим путём ткани выдерживают не менее 10 бытовых стирок.

Таким образом, в процессах аппретирования материалам сообщаются различные потребительские свойства. В зависимости от состава аппрета им можно придать красивый внешний вид, свойства малосминаемости, повысить износостойкость, стабилизировать линейные размеры полотна или получить ткани, из которых в швейном производстве изготавливают изделия с устойчивой формой.

Рассмотренные в данном разделе механизмы и технологии положены в основу химизации многих технологических процессов швейного производства.

4.2 Придание тканям стандартной ширины и исправление

перекосов уточных нитей

Технологический процесс заключительной отделки тканей из целлюлозных волокон не исчерпывается нанесением аппретов. Следующей отделочной операцией является исправление перекосов уточных нитей и придание полотну стандартной ширины путём обработки на ширильной машине.

Ширильные машины используются на различных переходах отделочного производства. Они входят в состав мерсеризационных, аппретурно-отделочных линий или используются индивидуально для ширения и исправления перекосов полотна при подготовке тканей к печатанию и на стадии заключительной отделки.

Известно, что в процессах мокрых обработок в результате внешних воздействий ткань вытягивается по длине и усаживается по ширине. В результате её плотность по утку несколько снижается, а по основе - растёт. Если ткань в процессе обработки испытывает неравномерное натяжение, то на ней появляются диагональные или дуговые перекосы. Подобные дефекты исправляются на ширильных машинах. Принцип действия ширильных машин основан на захвате кромок ткани специальными приспособлениями - клуппами, установленными на двух бесконечных цепях. Они прочно удерживают полотно при его перемещении в машине. Цепи движутся по направляющим рамам станины и могут раздвигаться до необходимой ширины. Цепное поле делится на участки ввода (цепи сближены, с целью облегчения захвата кромок ткани, а затем расходятся до необходимой ширины), стабилизации (цепи движутся параллельно для фиксации достигнутой ширины), вывода (цепи вновь несколько сближаются для обеспечения выпуска кромок из клупп).

В зависимости от конструкции различают ширильные машины с игольчатыми и ножевыми клуппами. При захвате ткани ножевыми клуппами кромка удерживается стальными пластинами (ножами), на игольчатых машинах кромка насаживается на два ряда игл, расположенных в шахматном порядке, с помощью специального механизма накалывания.

В процессах заключительной отделки ширение, как правило, совмещают с сушкой и термообработкой аппретированной ткани. Для этого используют сушильно-ширильные машины, в которых цепное поле устанавливается в туннеле сопловой воздушной сушилки.

Сушильно-ширильные машины с игольчатыми клуппами снабжены механизмом опережения, позволяющим вводить ткань в машину с несколько большей скоростью, чем скорость движения цепей. В результате ткань накалывается на иглы мелкими складками, что облегчает процесс ширения и обеспечивает естественную усадку полотна за счёт сближения уточных нитей. Таким образом, при последующей эксплуатации изменения линейных размеров материала не происходит.

На ширильных машинах с ножевыми клуппами одновременно с ширением исправляются диагональные перекосы утка, что достигается с помощью специальных автоматических устройств правки утка (АПУ). В результате движение одной из цепей ускоряется или замедляется в направлении, противоположном перекосу. При ширении сухих тканей их необходимо немного увлажнить, что улучшает качество и ровноту обработки. В этом случае ширильные машины агрегируют с увлажняющими камерами форсуночного или запарного типа.

Перекосы уточных нитей можно исправить также с помощью специальных установок - УИП (исправители перекосов утка), которые способны устранять как диагональные, так и дуговые или комбинированные перекосы.

Таким образом, обработка на ширильных машинах позволяет выпускать ткани со свойствами, не допускающими образования брака в швейном производстве. В процессе ширения фиксируется стандартное состояние ткани: ширина в соответствии с ГОСТ, равномерная плотность, отсутствуют перекосы; полотно разглаживается и приобретает товарный вид.

4.3 Получение на тканях эффектов серебристо-шелковистой отделки, тиснения, лощения, гофрирования

Придание тканям указанных эффектов достигается путём использования специального оборудования - каландров. Они представляют собой валковые машины, в состав которых входят вертикально расположенные валы со стальной рубашкой или эластичным покрытием. Наибольшее распространение получили двух-, трёх- и четырех вальные каландры. Ведущими валами, имеющими привод, являются металлические, прочие валы вращаются вследствие сил трения. Металлические валы разогреваются паром или электричеством до температуры 110 - 120^оС. Эластичные валы набираются из прессованной шерстяной бумаги. При прохождении между валами обеспечивается значительная по величине нагрузка на ткань.

В соответствии с видом воспроизводимого на ткани эффекта используются каландры следующих типов.

? Отделочные каландры - предназначены для разглаживания и уплотнения ткани, улучшения грифа и придания умеренного блеска. При прохождении полотна через каландр нити несколько расплющиваются, уменьшается прозрачность ткани, она становится более наполненной и добротной на ощупь.

? Фрикционные каландры - используют для получения глянцевой, лощёной отделки. Металлический и эластичный валы имеют индивидуальные приводы и вращаются таким образом, что окружная скорость металлического вала на 8 - 40% превышает скорость вращения наборного. В этих условиях ткань движется со скоростью эластичного вала, с которым имеет большее сцепление, а обогреваемый вал проскальзывает по поверхности полотна, сообщая ему блеск.

? Серебристые каландры - сообщают тканям «тёплый» шелковистый блеск, то есть обеспечивают получение серебристо-шелковистой отделки (СШО). Стальной вал этих каландров имеет гравюру в виде наклонных параллельных штрихов, которые отпечатываясь на материале изменяют светопреломление от его поверхности. Для получения максимального эффекта серебрения необходимо, чтобы число и наклон штрихов перекрывали структуру переплетения ткани.

? Тиснильные каландры - предназначены для получения на тканях выпуклых узоров. Этого достигают за счёт изменения структуры полотна при его прохождении между валами, один из которых (металлический) имеет выпуклую гравюру, а другой (эластичный) - углублённую, соответствующей формы.

Кроме перечисленных существуют специальные каландры, предназначенные для обработки подкладочных тканей, трикотажа, нетканых материалов, для получения крапового эффекта и устойчивых муаров.

Эффект каландрирования определяется не только типом каландра, но и режимом обработки: температурой, скоростью, давлением между валами, влажностью ткани и т.д. Пропуск ткани через каландр и образование на ней соответствующего эффекта не гарантирует его устойчивости к стиркам. Отделка исчезает сразу при первом соприкосновении с водой по причине набухания волокна. Для стабилизации эффекта каландрирования необходимо комбинировать действие механических факторов с предварительным нанесением аппретов, в качестве которых можно использовать предконденсаты термореактивных смол. Технологический процесс получения на тканях устойчивых к стиркам эффектов каландрирования включает следующие операции.

? Пропитка ткани при температуре 25 - 30^оС составом, содержащим предконденсат термореактивной смолы, катализатор, а также вещества, повышающие гидрофобность волокна, его блеск и шелковистость; отжим до 70 - 90%;

? Сушка ткани на сушильно - ширильной машине с целью исправления перекосов уточных нитей и придания стандартной ширины при температуре 80 - 110^оС, в зависимости от ассортимента ткани и вида получаемого эффекта. Повышение температуры может вызвать преждевременный процесс смолообразования на поверхности ткани ещё до операции каландрирования, что негативно отразится на качестве отделки. При пересушивании ткань становится жёсткой и теряет механическую прочность, она с трудом поддаётся разглаживанию, лощению, серебрению. В недосушенном материале замедляются процессы смолообразования и «сшивки» макромолекул целлюлозы.

? Каландрирование, то есть пропуск ткани через соответствующий определенному виду отделки каландр. В швейном производстве ткань с «потенциальной» несминаемой отделкой можно пропустить через машину для плиссирования или гофрирования и придать необходимый эффект.

? Термическая обработка ткани в специальных термокамерах, режимы работы которых устанавливаются в соответствии с видом отделки и природой предконденсата термореактивной смолы. Обычно процесс ведут при температуре 135 - 140^оС в течение 5 - 8 минут. Эффект каландрирования в данном случае будет устойчивым к многократным стиркам за счёт образования поперечных «сшивок» между смежными макромолекулами целлюлозы и уменьшения степени набухания волокна. Наилучшие условия для термообработки создаются в камерах ИК-прогрева, позволяющих достаточно быстро, но мягко разогреть ткань по всему объёму. Это исключает возможность миграции смолы к поверхности волокна и способствует получению отделки высокого качества.

Получение устойчивых эффектов гофрирования.

Эффекты гофрирования значительно расширяют возможности моделирования женской одежды. Такие ткани могут быть использованы для изготовления блузок, платьев, юбок и т.д. Для получения гофрированных эффектов ткань пропитывают составом на основе предконденсатов термореактивных смол, отжимают до 100%, высушивают до остаточной влажности 15 - 20 % и подвергают гофрированию на машине, состоящей из двух металлических рифлёных формирующих валиков с высотой рифля 4 мм. Валики нагреваются электричеством до температуры 180 - 190^оС. Скорость движения ткани при этом незначительна, в результате чего отпадает необходимость в последующей термообработке. Получаемый эффект устойчив и сохраняется после многократных стирок.

Для получения местных гофрированных или жатых эффектов на соответствующие участки белой или гладкокрашеной ткани наносят печатный состав, содержащий метазин, аммиак, роданистый аммоний и трагантную загустку. Материал высушивают при температуре не выше 90^оС, пропускают через гофрирующий каландр с температурой валов 200^оС, термообрабатывают в течение 4 минут при 140^оС, промывают и высушивают. Эффект гофрирования остаётся только на участках, покрытых печатным составом.