Химическая технология текстильных материалов

Размещено на http://www.allbest.ru

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №

Химическая технология текстильных материалов

Студент 3курса ИГТА спец. 260901

Шифр 106249Вариант №9

Тучина Ирина Игоревна

Задание

Летнее платье изготовлено из набивного хлопчатобумажного сатина. Ткань сначала окрашена азоидными красителями, а затем по окрашенной ткани нанесен рисунок в виде белого и цветного узоров.

Привести технологию отделки такой ткани в отделочном производстве: описать строение, состав и свойства хлопкового волокна, процесс подготовки хлопчатобумажных тканей под крашение и печать, химию и технологию получения белых и цветных узоров способами вытравной печати и технологию заключительной отделки хлопчатобумажных тканей.

Строение, состав и свойства 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 Я-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 [С6Н702(ОН)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 до 200°С. При длительном нагревании (при температуре >100°С) происходят необратимые структурные изменения.

Разбавленные растворы минеральных кислот (до 5 г/л) при температуре 20-30°С в течение 15-60 мин не оказывают деструктирующего воздействия на целлюлозу. При повышении температуры и увеличении времени 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 20-30°С. 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 - 33,4°С. В медно-аммиачных растворах целлюлоза растворяется.

Окислители (гипохлориты, хлориты, пероксид 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. Этот процесс усиливается при повышении температуры, влажности окружающей среды и в присутствии красителей.

Водные растворы восстановителей (бисульфита, ронгалита, боргидрида 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. упорядочение, 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 вглубь 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%.

Процесс подготовки хлопчатобумажных тканей под крашение и печать

К основным операциям, из которых складывается технологический процесс получения отбеленных хлопчатобумажных тканей, относятся: опаливание, расшлихтовка, щелочная отварка, собственно беление, мерсеризация, сушка, стрижка и ширение.

Опаливание тканей:

Назначение процесса опаливания заключается в удалении с поверхности тканей выступающих волоконец, нитей и узелков путем их сжигания. В результате ткань приобретает ровную, гладкую поверхность; улучшается её внешний вид; чётко выявляется ткацкая структура полотна; облегчается проведение последующих технологических процессов.

Не подлежат опаливанию полотенечные ткани, марля, фланель, бумазея, байка, хлопчатобумажное сукно, многие тяжелые ткани, предназначенные для пошива спецодежды, плащевые, обувные, костюмные материалы.

Опаливание осуществляют на газоопаливающих машинах, в которых ткань на большой скорости проходит в открытом пламени газовой горелки. Скорость обработки составляет приблизительно 180 м/мин, при этом выступающие на поверхности волокна и нити сгорают, а структура ткани не повреждается. В процессе опаливания ткань проходит через заправочное устройство в пухоочистительную камеру, далее - в опаливающую машину и паровой искрогаситель.

Заправочное устройство обеспечивает ввод ткани в газоопаливающий агрегат, расправляет и центрирует полотно по оси машины, а также регулирует его натяжение.

В пухоочистительной камере поверхность материала очищается от пуха, пыли, сорных растительных примесей, что достигается за счет пропуска ткани между щётками, вращающимися навстречу движению полотна. Одновременно приподнимаются слежавшиеся хлопковые волоконца и ворс, что существенно повышает качество опаливания.

В опаливающей машине ткань проходит в пламени двух - четырех газовых горелок с компоновкой, обеспечивающей как одностороннее, так и двустороннее опаливание. Используются газовые горелки двух типов: конвективные (с открытым пламенем) и радиационно-конвективные (снабженные специальными керамическими насадками).

Паровой искрогаситель служит для тушения искр и тлеющих кончиков нитей путем воздействия на ткань насыщенного водяного пара, лишённого атмосферного кислорода.

Пороки опаливания - недоопаливание, неравномерное и разнокромочное опаливание, неопаленные засечки, подмочка в искрогасителе и др. - особенно резко выделяются при последующем крашении и грунтовой печати.

Расшлихтовка тканей:

Основной задачей расшлихтовки является удаление из ткани шлихты, наносимой с целью упрочнения нитей основы перед ткачеством.

Выбор рациональных способов расшлихтовки определяется составом шлихты и природой волокнистого материала.

В хлопчатобумажном производстве значительная часть основ шлихтуется составами на основе крахмала и его производных. Следовательно, задачей расшлихтовки является перевод крахмала в растворимые в воде продукты с их последующим удалением путем промывки. Традиционными веществами, используемыми для расшлихтовки, являются кислоты и окислители. Кислоты гидролизуют крахмал до водорастворимых продуктов, а окислители резко снижают степень его полимеризации. Однако применение указанных веществ связано с определенным риском, так как не исключено их деструктирующее воздействие на целлюлозу.

Наряду с крахмалом, шлихта содержит синтетические продукты на основе поливинилового спирта, полиакрилатов, поливинилацетатов и др. При их использовании возникают более прочные связи, удерживающие шлихту на волокне. В настоящее время значительные трудности удаления шлихты вызваны увеличением её количества на ткани и введением в состав вспомогательных веществ (антиоксидантов, ингибиторов коррозии, регуляторов вязкости, замасливателей). Перечисленные добавки улучшают качество шлихтования, но повышают устойчивость шлихты к химическим реагентам, используемым при её удалении.

В современных способах расшлихтовки доминируют два направления: применение ферментов, устойчивых к действию высоких температур, и использование окислителей.

Ферменты являются эффективными катализаторами гидролитической деструкции крахмала. Они представляют собой продукты жизнедеятельности некоторых растений, животных и микроорганизмов. Их основное преимущество - в высокой избирательности действия на крахмал без повреждения целлюлозы. Действие ферментов в значительной степени зависит от рН среды и температуры. Они не выдерживают сильнощелочных сред и высоких температур. Наиболее эффективно применение бактериальных ферментов, например амилаз, устойчивых в широком диапазоне температур и рН = 6-9,5. Это позволяет производить расшлихтовку непрерывным способом по следующей технологии. Ткань пропитывается растворами ферментов, запаривается в среде насыщенного водяного пара и промывается. Длительность запаривания варьируется в зависимости от количества нанесённой шлихты и поверхностной плотности ткани и составляет 20 с - 10 мин. Эффективность расшлихтовки увеличивается при введении в состав гидротропных и поверхностно-активных веществ (ПАВ). Добавки ПАВ обеспечивают повышение смачиваемости суровой ткани, что ускоряет её пропитку раствором фермента, улучшает моющее и обезжиривающее действие промывного раствора.

В связи с применением разнообразных шлихтующих веществ и их смесей, требующих жесткого воздействия на шлихту при её удалении, интерес представляет процесс расшлихтовки с использованием окислителей. В этом случае растворению подвергается любая шлихта и появляется возможность совмещения процессов расшлихтовки и беления. Наиболее эффективным является применение перекиси водорода и персульфата натрия, так как они активно воздействуют на любой тип шлихты, а процессы сопровождаются относительно невысокими трудо-, энерго- и материальными затратами.

Технология окислительной расшлихтовки состоит в пропитке ткани составом, включающим гидроксид натрия (30-40 г/л) и перекись водорода (5-10 г/л), последующем запаривании в течение 10 мин и промывке. Однако при этом способе обработки не исключена опасность повреждения волокна.

Отваривание тканей:

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, а 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.

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 - Na2Si03 и восстановители (традиционно бисульфит натрия - NaHS03).

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°С 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°С 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.

Беление тканей:

Целью беления является повышение степени белизны отваренной ткани и её капиллярности.

Белизна - один из важнейших показателей качества хлопчатобумажных тканей. От степени белизны зависит возможность использования тканей для изготовления изделий различного ассортимента. В соответствии с требованиями стандартов белизна бельевых тканей должна быть не менее 80%, а для улучшенных сортов - 83%, белизна сорочечных тканей должна составлять 87 - 88%. Основные свойства отбеленных тканей оценивают по степени белизны, гидрофильности (капиллярности) и сохранности целлюлозы.

Сущность процесса беления состоит в разрушении природных красящих веществ хлопка, которые придают неотбеленным тканям буроватую или кремовую окраску. При отваривании в щелочных растворах красящие пигменты не претерпевают заметных изменений, поэтому при белении их разрушают с помощью окислителей.

В качестве отбеливателей в текстильной технологии в основном используют три типа окислителей: гипохлориты натрия или кальция, перекись водорода и хлорит натрия. Очень редко для беления используют надуксусную кислоту и производные дихлоризо-циануровой кислоты. Для достижения высокого эффекта белизны применяют оптические отбеливающие вещества (ООВ).

Мерсеризация:

Мерсеризация является процессом облагораживания хлопчатобумажных тканей, в результате которого они приобретают комплекс ценных потребительских свойств: повышенную гигроскопичность и накрашиваемость, устойчивый шелковистый блеск, эластичность и дополнительную прочность.

В настоящее время классическая операция мерсеризации заключается в обработке пряжи или ткани под натяжением концентрированными (250-300 г/л) растворами гидроксида натрия в течение 30 - 90 секунд при комнатной температуре.

В результате такой обработки в хлопковом волокне происходят физические, химические и структурные изменения.

Физические изменения проявляются в сильном набухании волокна вследствие проникновения щелочи сначала в аморфные, а затем и в ориентированные зоны. Степень набухания характеризует активность процесса мерсеризации и увеличивается с понижением температуры. Оптимальной является температура 16°С. При набухании стенки волокна утолщаются, оно приобретает цилиндрическую форму, внутренний канал практически исчезает. В результате волокна лучше отражают световые лучи, усаживаются, а ткань приобретает блеск, шелковистость, становится плотнее, прочнее, эластичнее. Чтобы снизить усадку и усилить блеск мерсеризацию проводят под натяжением.

В результате действия на целлюлозу концентрированных растворов щёлочи и последующей промывки водой происходит последовательное превращение целлюлозы сначала в щелочную целлюлозу, а затем в гидратцеллюлозу. Число гидроксильных групп целлюлозы, реагирующих со щелочью, изменяется в зависимости от концентрации NaOH, температуры и наличия вспомогательных веществ в мерсеризационной ванне.

Химические превращения практически не изменяют состава целлюлозы, но существенно влияют на её надмолекулярную структуру. Сорбция целлюлозой щёлочи сопровождается частичным разрушением межмолекулярных водородных связей, что приводит к декристаллизации целлюлозы, увеличению доли аморфных областей па 10-20% и образованию новой структурной модификации - целлюлозы II. В целлюлозе II элементарные звенья Д-глюкопиранозы разворачиваются друг относительно друга на 90°, что и приводит к разрыву межмолекулярных связей и появлению свободных гидроксильных групп. В результате волокно проявляет повышенную сорбционную и реакционную способности, становится более гигроскопичным, легче окрашивается. Этому способствует также увеличение площади поперечного сечения волокна, его объема, размера пор внутри волокна.

Хлопчатобумажные ткани (батист, шифон, маркизет, сатин и др.) лучше мерсеризовать после расшлихтовки и щелочной отварки. Однако это разрывает цепочку непрерывного способа подготовки, поэтому мерсеризацию тканей часто проводят в суровом виде.

Ткани мерсеризуют на цепных и валковых машинах непрерывного действия. Материал пропитывают концентрированным раствором щелочи и выдерживают в натянутом состоянии 1-5 минут, чтобы обеспечить реакцию NaOH с целлюлозой. Затем интенсивно промывают горячей водой, причем для лучшего удаления щёлочи её попеременно обрабатывают паром и водой в специальной машине - пароводяном выщелачивателе. Оставшийся в волокне едкий натр отмывается очень трудно, поэтому ткань пропитывают разбавленным раствором серной кислоты с целью нейтрализации NaOH.

Для мерсеризации предложено также использовать жидкий аммиак, который быстро смачивает даже суровые материалы и эффективно проникает в волокно, вызывая его набухание.

Химия и технология получения белых и цветных узоров способами вытравной печати

Печатание тканей - это художественно-колористическое их оформление, отличающееся от гладкого крашения тем, что окрашивание ткани происходит только в местах нанесения рисунка, состоящего из одного или нескольких цветов.

При печатании используют вязкий раствор красителя, называемый печатной краской. Наличие в ней загустителя обеспечивает получение четких контуров рисунка и удерживание печатной краски в гравюре печатных валов, с помощью которых рисунок наносится на ткань. В качестве загустителей используют высокомолекулярные соединения природного или химического происхождения, способные образовывать вязкие растворы. Широкое применение в качестве загустителей находят крахмал и продукты его модификации; эфиры целлюлозы; альгинат натрия, получаемый из морских водорослей; камеди - застывшие соки растений; а также синтетические загустители - поливиниловый спирт, полимеры акриловой и метакриловой кислот.

Нанесение печатной краски на ткань в виде определенного одноцветного или многоцветного рисунка осуществляют с помощью рабочих органов печатных машин различных конструкций. Наиболее распространено печатание с использованием гравированных металлических валов и сетчатых шаблонов.

Существующая технология изготовления печатных валов состоит из следующих операций: изготовление медных валов, гравировка рисунка, хромирование валов, с целью получения износостойкого покрытия.

Машины с гравированными валами широко используют при калорировании тканей из целлюлозных волокон; машины с сетчатыми шаблонами - при печатании шелковых, шерстяных тканей и трикотажа.

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

Технологию заключительной отделки хлопчатобумажных тканей

хлопчатобумажная ткань крашение печать

Несмотря на многие преимущества хлопчатобумажных, вискозных штапельных и льняных тканей перед другими материалами, они обладают и существенными недостатками. В частности эти ткани недолговечны, легко сминаются, 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: аппретирование, придание стандартной ширины и каландрирование.

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 белоземельным рисунком для повышения степени 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 (СН2 = СН - СО - 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, что приводит к разрыву непрочных межмолекулярных связей. После снятия сминающей нагрузки они 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 - формоустойчивостъ.

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.

Технологический процесс малосминаемой отделки состоит из операций пропитки, сушки, термической обработки и 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 низкокапиллярных тканей. Мягчитель устраняет нежелательный эффект жёсткости полотна. В качестве мягчителей используют препарат AM, алкамон ОС-2, аламин М, стеарокс, кремнийорганические соединения (алкамоны). Пластификатор повышает устойчивость ткани к истиранию и снижает потери её прочности на разрыв. В качестве пластификаторов можно применять 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°С, 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°С. Термообработка создаёт условия для «сшивки» макромолекул целлюлозы поперечными связями и заполнения пор волокна образующейся смолой.

Промывку ткани в мылыно-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 их 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.

Сопротивляемость к смятию в мокром состоянии тканям можно сообщить двумя путями:

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

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

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 при эксплуатации 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-(CH2OH)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 60°С, 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°С или 3-6 минут при 150 - 160°С. 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, так как 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 пред-конденсатов 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 определены в ГОСТах 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 химизма малосминаемой отделки текстильных материалов. 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 они 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°С. 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.

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 обособленно 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 сближаются 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.

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 четырехвальные каландры. Ведущими валами, имеющими привод, являются металлические, прочие валы вращаются вследствие сил трения. Металлические валы разогреваются паром или электричеством до температуры 110--120°С. Эластичные валы выполняются наборными 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 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 крепового эффекта и устойчивых муаров.

Эффект каландрирования определяется не только типом каландра, но и условиями 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°С 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°С, 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°С 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°С. 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°С, пропускают через гофрирующий каландр с температурой валов 200°С, термообрабатывают в течение 4 минут при 140°С, промывают и высушивают. Эффект гофрирования остаётся только на участках, покрытых печатным составом.

Литература

1. В.В. Васильев, Л.А. Гарцева, О.Г. Циркина - «химическая технология текстильных материалов» - 2005г.

2.Л.А. Гарцева. В.В. Васильев - « Современное состояние и перспективы развития отделки тканей» - 2005г.

3.Л.А. Гарцева, О.Г. Циркина - « Химические процессы и оборудование красильно-отделочного производства» - 2004г.

4.Б.Н. Мельников, Т.Д. Захарова, М.Н. Кириллова - «Физико-химические основы процессов отделочного производства» - 1982г.

Размещено на Allbest.ru