Способ отварки тканей из природных целлюлозных волокон
Владельцы патента RU 2336378:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановская государственная текстильная академия" (RU)
Изобретение относится к текстильной промышленности и может быть использовано в процессах подготовки, в частности при отварке суровых плохо смачиваемых хлопчатобумажных тканей, с целью придания им капиллярных свойств. Способ позволяет осуществить заполнение варочным раствором всей поровой структуры плохо смачиваемой ткани за время ее пребывания в пропиточном растворе комнатной температуры. Это позволяет сократить затраты тепловой энергии на подогрев пропиточного раствора, а также сократить время операции запаривания пропитанной ткани. Для этого в способе отварки тканей из природных целлюлозных волокон, заключающемся в пропитке ткани в водном варочном растворе, запаривании пропитанной ткани в среде насыщенного водяного пара атмосферного давления, промывке запаренной ткани сначала в горячей, а затем в холодной воде, обработке промытой ткани в водном растворе серной кислоты, окончательной промывке ткани в холодной воде и ее отжиме, согласно изобретению ткань перед ее введением в пропиточный варочный раствор дополнительно обрабатывается в среде насыщенного водяного пара атмосферного давления в течение 4...6 секунд. После этого без контакта с воздухом через гидрозатвор ткань вводят в варочный раствор комнатной температуры, а операция запаривания пропитанной ткани проводится в течение 90...95 минут. 3 табл.
Изобретение относится к текстильной промышленности и может быть использовано в процессах подготовки, в частности при отварке суровых плохо смачиваемых хлопчатобумажных тканей, с целью придания им капиллярных свойств.
Процесс отварки основан на взаимодействии щелочи (гидроксида натрия) с веществами примесей (пектин, жировоска), расположенных на поверхности единичных природных волокон хлопка, из которых формируется текстильный материал. При высокой температуре эти вещества растворяются в водном растворе щелочи и при последующей промывке удаляются с поверхности волокон. Эти примеси являются причиной плохой смачиваемости водой и водными растворами поверхности необработанных (т.н. "суровых") тканей из хлопковых волокон. В результате щелочной отварки хлопчатобумажная ткань приобретает капиллярность и хорошую смачиваемость. Эти свойства необходимы ткани при последующих процессах ее отделки (крашение, нанесение печатного рисунка, придание материалу специальных эксплуатационных и потребительских свойств). Качество ткани, подвергнутой отварке, оценивается показателем ее капиллярности Кап. Этот показатель численно равен высоте подъема жидкости по полоске ткани, опущенной вертикально одним концом в пропитывающую жидкость (мм/ч). Величина показателя Кап в соответствии с ГОСТ 3816-81 определяется лабораторным способом, методика которого описана в литературе [1, стр.87].
Показатель капиллярности суровой ткани из хлопковых волокон составляет Кап=0 мм/ч. Хорошему качеству отварки хлопчатобумажных тканей соответствует показатель капиллярности Кап≥150 мм/ч [1, стр.87].
Известен способ отварки хлопчатобумажной ткани поточным (непрерывным) методом [2], включающий следующие последовательно выполняемые операции.
Сухое полотно суровой хлопчатобумажной ткани поступает на пропитку водным варочным раствором следующего состава:
| гидроксид натрия NaOH, 100%-ный | 18...28 г/л |
| силикат натрия | 1,2...2 г/л |
| бисульфит натрия | 2,5...7 г/л |
| неионогенный смачиватель | - 0,5 г/л |
температура пропиточного варочного раствора - 50...60°С.
Пропитанная указанным варочным раствором ткань подвергается обработке в среде насыщенного водяного пара атмосферного давления (температура 98...102°С) в течение 100...120 мин (в зависимости от массы 1 м2 обрабатываемой ткани). После обработки в паровой среде ткань промывается, сначала в горячей воде с температурой 70...80°С, а затем в холодной воде. После промывки ткань обрабатывается в водном растворе серной кислоты, концентрацией 4...6 г/л, промывается в холодной воде, отжимается и подается на следующую операцию подготовки - на отбелку ткани.
Недостатком известного способа отварки является большая длительность процесса (более 2-х часов) и повышенные затраты тепловой энергии (пара) на его проведение. Указанные недостатки обусловлены следующим.
В механизме пропитывания волокнистых систем, к которым относятся и ткани, важную роль играет явление смачивания пропитывающей жидкостью поверхности волокон. Показатель смачивания влияет на интенсивность капиллярных явлений, определяющих скорость продвижения жидкости в структуру волокнистого материала по его сквозным капиллярам. У суровых хлопчатобумажных тканей, вследствие отсутствия смачиваемости их поверхности водой и водными растворами, движение жидкости по сквозным капиллярам текстильного материала практически отсутствует. Например, суровая хлопковая ткань, помещенная на поверхность воды, не погружается в нее в течение 10 суток наблюдения. Добавление в пропитывающую жидкость веществ, улучшающих смачивающую способность поверхности волокон [2], интенсифицирует продвижение жидкости лишь по сквозным капиллярам волокнистого материала. Однако в структуре ткани кроме сквозных капилляров, пронизывающих ее толщину, имеются тупиковые поры и капилляры [3]. В них, после заполнения жидкостью сквозных капилляров, остается защемленный воздух, препятствующий заполнению обрабатывающим раствором внутреннего объема тупиковых пор и капилляров. Чем полнее заполнены именно эти поры ткани варочным раствором в процессе ее пропитки, тем быстрее и эффективнее протекает процесс отварки ткани при ее обработке в паровой среде. Содержание тупиковых пор и капилляров в текстильных полотнах достигает более 60% от общего порового объема волокнистого материала [3]. Пропитка тканей из хлопковых волокон водным раствором щелочи осложнена еще и тем, что щелочь, попадая на волокно, способствует его резкому набуханию. В известном способе ткань в начале обработки погружается в водный раствор щелочи. Это вызывает набухание, в первую очередь, поверхностных волокон текстильного полотна, что затрудняет продвижение обрабатывающего раствора к волокнам, расположенным во внутренней структуре волокнистого материала. Именно поэтому для улучшения проникновения обрабатывающего раствора в структуру волокнистого материала в известном способе отварки раствор подогревают до 50...60°С. Подогрев пропиточного раствора в известном способе увеличивает затраты тепловой энергии на осуществление процесса отварки. Кроме того, повышение температуры раствора щелочи снижает сорбцию волокном гидроксида натрия из обрабатывающего раствора, что вынуждает в известном способе увеличивать время запаривания пропитанной ткани и увеличивает затраты тепловой энергии (пара) на проведение процесса отварки в целом.
За прототип способа взят способ отварки суровой хлопчатобумажной ткани, осуществляемый на поточной линии ЛЖО-2 [2, стр.105-106].
Суровая хлопчатобумажная ткань подается в пропиточную машину, в ванне которой находится водный варочный раствор, содержащий:
| гидроксид натрия NaOH, 100%-ный | 25 г/л |
| силикат натрия | 2±0,2 г/л |
| бисульфит натрия | 3±0,2 г/л |
| неионогенный смачиватель | 0,5 г/л |
температура варочного раствора при пропитке - 60°С.
После пропитки указанным раствором и отжима ткань поступает в запарной аппарат, где подвергается процессу запаривания в течение 120 минут в среде насыщенного водяного пара атмосферного давления. После запаривания ткань промывается сначала в горячей воде температурой 75°С, а затем холодной водой, с целью удаления из структуры материала остатков щелочного раствора. Промытая ткань обрабатывается в водном растворе серной кислоты с ее концентрацией 4 г/л при температуре 30°С, а затем окончательно промывается в холодной воде и отжимается до 90±5%.
Известный способ отварки (прототип) хлопчатобумажной ткани обладает следующими недостатками. Большая длительность процесса обработки в целом (более 2-х часов). Повышенные затраты тепловой энергии (пара) на нагрев пропиточного раствора и на длительный период запаривания ткани после ее пропитки, значительная часть которого необходима для окончательного проникновения обрабатывающего раствора во все поры ткани, вследствие незавершенности этого процесса за время операций пропитки.
Отмеченные недостатки прототипа предлагается устранить путем изменения условий проведения операции пропитки таким образом, чтобы процесс полного заполнения раствором всех пор внутренней структуры ткани был завершен за время ее пребывания в пропиточном варочном растворе.
Техническими результатами предлагаемого изобретения является обеспечение полного заполнения всех пор ткани за время пребывания ткани в пропиточном варочном растворе без его подогрева, что позволяет сократить общее время процесса отварки и снизить затраты тепловой энергии (пара) на его проведение. Указанный технический результат достигается тем, что в способе отварки ткани из природных целлюлозных волокон, заключающемся в пропитке ткани в водном варочном растворе, запаривании пропитанной ткани в среде насыщенного водяного пара атмосферного давления, промывки запаренной ткани сначала в горячей, а затем в холодной воде, обработке промытой ткани в среде водного раствора серной кислоты, окончательной промывке ткани в холодной воде и ее отжиме, согласно изобретению ткань перед введением в пропиточный варочный раствор дополнительно обрабатывается в среде насыщенного водяного пара атмосферного давления в течение 4...6 секунд, после чего без контакта с воздухом через гидрозатвор ткань вводят в варочный раствор комнатной температуры, а операцию пропитанной ткани проводят в течение 90...95 минут.
Теория пропитки волокнистых материалов указывает, что одним из существенных препятствий заполнению пор текстильного материала при его пропитке несмачивающей жидкостью является воздух, содержащийся в порах волокнистого материала [4]. Следовательно, одним из путей интенсификации процесса пропитки плохо смачиваемой ткани является удаление из ее порового пространства воздуха перед пропиткой ткани. Помещение ткани в среду насыщенного водяного пара атмосферного давления приводит к взаимной диффузии воздуха (из пор ткани в окружающую паровую среду) и пара (из окружающей паровой среды в поры ткани). Если запаренную таким образом ткань без контакта с воздухом погрузить в обрабатывающий раствор, то пар, заполнивший при запаривании поры ткани, практически мгновенно сконденсируется и в порах образуется глубокий вакуум. Под действием атмосферного давления над поверхностью пропитывающего раствора, в который помещена подготовленная таким образом ткань, жидкость практически мгновенно заполняет все ее поры. Применение такого способа пропитки в технологии отварки суровых хлопчатобумажных тканей обеспечит при их пропитке быстрое и полное заполнение пор ткани варочным раствором без его подогрева. При этом хорошее качество пропитки позволяет сократить время запаривания пропитанной ткани, по сравнению со временем этой операции, осуществляемой по прототипу.
Примеры практического осуществления заявляемого способа отварки в сравнении с прототипом.
Процесс отварки осуществляли на 3-х артикулах суровой хлопчатобумажной ткани, отличающихся массой 1 м2 (Втк, г/м2):
- миткаль, арт.20, Втк=101 г/м2 (табл.1),
- бумазея, арт.1144, Втк=260 г/м2 (табл.2),
- кирза, Втк=750 г/м2 (табл.3).
В качестве варочного раствора во всех режимах обработки использовался пропиточный водный раствор следующего состава:
| гидроксид натрия NaOH, 100%-ный | 25 г/л |
| силикат натрия | 2 г/л |
| бисульфит натрия | 3 г/л |
| неионогенный смачиватель | 0,5 г/л. |
Процесс отварки каждого артикула ткани осуществляли по следующим режимам.
1 режим (по прототипу): пропитка ткани пропиточным варочным раствором при температуре 60°С с последующим отжимом, запаривание ткани в течение 120 минут в среде насыщенного водяного пара атмосферного давления, промывка ткани сначала в горячей (температура 75°С), а затем в холодной воде с последующим отжимом, обработка ткани в водном растворе серной кислоты (концентрация кислоты 4 г/л) при температуре 30°С, промывка в холодной воде и отжим до 90±5%.
2 режим (вариант предлагаемого способа): запаривание ткани в среде насыщенного водяного пара атмосферного давления в течение 2-х секунд и ее введение в пропиточный варочный раствор без контакта с воздухом через гидрозатвор, пропитка ткани в варочном растворе комнатной температуры с последующим отжимом, запаривание ткани в течение 100 минут в среде насыщенного водяного пара атмосферного давления, промывка ткани сначала в горячей (температура 75°С), а затем в холодной воде с последующим отжимом, обработка ткани в водном растворе серной кислоты (концентрация кислоты 4 г/л) при температуре 30°С, промывка в холодной воде и отжим до 90±5%.
3 режим (вариант предлагаемого способа): запаривание ткани в среде насыщенного водяного пара атмосферного давления в течение 4-х секунд и ее введение в пропиточный варочный раствор без контакта с воздухом через гидрозатвор, пропитка ткани в варочном растворе комнатной температуры с последующим отжимом, запаривание ткани в течение 100 минут в среде насыщенного водяного пара атмосферного давления, промывка ткани сначала в горячей (температура 75°С), а затем в холодной воде с последующим отжимом, обработка ткани в водном растворе серной кислоты (концентрация кислоты 4 г/л) при температуре 30°С, промывка в холодной воде и отжим до 90±5%.
4 режим (вариант предлагаемого способа): запаривание ткани в среде насыщенного водяного пара атмосферного давления в течение 6-ти секунд и ее введение в пропиточный варочный раствор без контакта с воздухом через гидрозатвор, пропитка ткани в варочном растворе комнатной температуры с последующим отжимом, запаривание ткани в течение 90...95 минут в среде насыщенного водяного пара атмосферного давления, промывка ткани сначала в горячей (температура 75°С), а затем в холодной воде с последующим отжимом, обработка ткани в водном растворе серной кислоты (концентрация кислоты 4 г/л) при его температуре 30°С, промывка в холодной воде и отжим до 90±5%.
5 режим (вариант предлагаемого способа): запаривание ткани в среде насыщенного водяного пара атмосферного давления в течение 6-ти секунд и ее введение в пропиточный варочный раствор без контакта с воздухом через гидрозатвор, пропитка ткани в варочном растворе комнатной температуры с последующим отжимом, запаривание ткани в течение 80 минут в среде насыщенного водяного пара атмосферного давления, промывка ткани сначала в горячей (температура 75°С), а затем в холодной воде с последующим отжимом, обработка ткани в водном растворе серной кислоты (концентрация кислоты 4 г/л) при его температуре 30°С, промывка в холодной воде и отжим до 90±5%.
6 режим (вариант предлагаемого способа): запаривание ткани в среде насыщенного водяного пара атмосферного давления в течение 8-ми секунд и ее введение в пропиточный варочный раствор без контакта с воздухом через гидрозатвор, пропитка ткани в варочном растворе комнатной температуры с последующим отжимом, запаривание ткани в течение 80 минут в среде насыщенного водяного пара атмосферного давления, промывка ткани сначала в горячей (температура 75°С), а затем в холодной воде с последующим отжимом, обработка ткани в водном растворе серной кислоты (концентрация кислоты 4 г/л) при его температуре 30°С, промывка в холодной воде и отжим до 90±5%.
7 режим (вариант предлагаемого способа): запаривание ткани в среде насыщенного водяного пара атмосферного давления в течение 8-ми секунд и ее введение в пропиточный варочный раствор без контакта с воздухом через гидрозатвор, пропитка ткани в варочном растворе комнатной температуры с последующим отжимом, запаривание ткани в течение 70 минут в среде насыщенного водяного пара атмосферного давления, промывка жгута ткани сначала в горячей (температура 75°С), а затем в холодной воде с последующим отжимом, обработка ткани в водном растворе серной кислоты (концентрация кислоты 4 г/л) при его температуре 30°С, промывка в холодной воде и отжим до 90±5%.
8 режим (вариант предлагаемого способа): запаривание ткани в среде насыщенного водяного пара атмосферного давления в течение 10-ти секунд и ее введение в пропиточный варочный раствор без контакта с воздухом через гидрозатвор, пропитка ткани в варочном растворе комнатной температуры с последующим отжимом, запаривание ткани в течение 70 минут в среде насыщенного водяного пара атмосферного давления, промывка ткани сначала в горячей (температура 75°С), а затем в холодной воде с последующим отжимом, обработка ткани в водном растворе серной кислоты (концентрация кислоты 4 г/л) при его температуре 30°С, промывка в холодной воде и отжим до 90±5%.
Образцы ткани, обработанные при различных режимах, высушивались до влажности 5±1%. Затем у всех образцов ткани определяли Кап (показатель капиллярности.) Данные этих измерений приведены в таблицах 1, 2 и 3. Во всех режимах показатель капиллярности образцов ткани до их отварки составлял Кап=0 мм/ч.
Анализ приведенных в таблицах 1, 2 и 3 данных показывает, что проведение отварки суровой хлопчатобумажной ткани, поверхностной плотностью Втк в диапазоне от 100 г/м2 до 750 г/м2, с ее кратковременным (несколько секунд) запариванием перед пропиткой, способствует значительному снижению времени запаривания пропитанной варочным раствором ткани. Кроме того, высокое качество пропитки в этом случае обеспечивается при комнатной температуре пропиточного раствора, т.е. без его подогрева.
Данные табл.1 показывают, что оптимальным режимом предлагаемого способа отварки ткани миткаль арт.20, при котором обеспечивается высокий показатель Кап=160 мм/ч, является 4 режим, в котором время предварительного запаривания 4 с, пропитка ткани в растворе комнатной температуры, а время запаривания пропитанной варочным раствором ткани 90 минут, т.е. на 25% меньше аналогичного времени по прототипу (1 режим).
| Таблица 1. | ||||
| Отварка хлопчатобумажной ткани миткаль, арт.20. | ||||
| Режим обработки | Температура пропиточного варочного раствора, °С | Время запаривания ткани: | Капиллярность ткани после отварки, Кап, мм/ч | |
| перед пропиткой, секунды | после пропитки, минуты | |||
| 1 режим (по прототипу) | 60 | 0 | 120 | 160 |
| 2 режим (вариант предлагаемого способа) | 20 | 2 | 100 | 120 |
| 3 режим (вариант предлагаемого способа) | 20 | 4 | 100 | 160 |
| 4 режим (вариант предлагаемого способа) | 20 | 6 | 90 | 160 |
| 5 режим (вариант предлагаемого способа) | 20 | 6 | 80 | 130 |
| 6 режим (вариант предлагаемого способа) | 20 | 8 | 80 | 130 |
| 7 режим (вариант предлагаемого способа) | 20 | 8 | 70 | 100 |
| 8 режим (вариант предлагаемого способа) | 20 | 10 | 70 | 100 |
| Таблица 2. | ||||
| Отварка хлопчатобумажной ткани бумазея, арт.1144. | ||||
| Режим обработки | Температура пропиточного варочного раствора, °С | Время запаривания ткани: | Капиллярность ткани после отварки, Кап, мм/ч | |
| перед пропиткой, секунды | после пропитки, минуты | |||
| 1 режим (по прототипу) | 60 | 0 | 120 | 160 |
| 2 режим (вариант предлагаемого способа) | 20 | 2 | 100 | 100 |
| 3 режим (вариант предлагаемого способа) | 20 | 4 | 100 | 140 |
| 4 режим (вариант предлагаемого способа) | 20 | 6 | 90 | 160 |
| 5 режим (вариант предлагаемого способа) | 20 | 6 | 80 | 120 |
| 6 режим (вариант предлагаемого способа) | 20 | 8 | 80 | 120 |
| 7 режим (вариант предлагаемого способа) | 20 | 8 | 70 | 100 |
| 8 режим (вариант предлагаемого способа) | 20 | 10 | 70 | 100 |
| Таблица 3. | ||||
| Отварка хлопчатобумажной ткани кирза. | ||||
| Режим обработки | Температура пропиточного варочного раствора, °С | Время запаривания ткани: | Капиллярность ткани после отварки, Кап, мм/ч | |
| перед пропиткой, секунды | после пропитки, минуты | |||
| 1 режим (по прототипу) | 60 | 0 | 120 | 150 |
| 2 режим (вариант предлагаемого способа) | 20 | 2 | 100 | 80 |
| 3 режим (вариант предлагаемого способа) | 20 | 4 | 100 | 100 |
| 4 режим (вариант предлагаемого способа) | 20 | 6 | 95 | 160 |
| 5 режим (вариант предлагаемого способа) | 20 | 6 | 90 | 150 |
| 6 режим (вариант предлагаемого способа) | 20 | 8 | 80 | 120 |
| 7 режим (вариант предлагаемого способа) | 20 | 8 | 70 | 100 |
| 8 режим (вариант предлагаемого способа) | 20 | 10 | 70 | 100 |
Данные табл.2 показывают, что оптимальным режимом предлагаемого способа отварки ткани бумазея арт.1144, при котором обеспечивается высокий показатель Кап=160 мм/ч, является 4 режим, в котором время предварительного запаривания 6 секунд, пропитка ткани в растворе комнатной температуры, а время запаривания пропитанной варочным раствором ткани 90 минут, т.е. на 25% меньше аналогичного времени по прототипу (1 режим).
Данные табл.3 показывают, что оптимальным режимом предлагаемого способа отварки ткани кирза, при котором обеспечивается высокий показатель Кап=155 мм/ч, является 4 режим, в котором время предварительного запаривания 6 с, пропитка ткани в растворе комнатной температуры, а время запаривания пропитанной варочным раствором ткани 95 минут, т.е. на 20% меньше аналогичного времени по прототипу (1 режим).
В указанных оптимальных режимах при отварке всех трех исследованных артикулов тканей показатель их капиллярности после отварки составлял Кап≥155 мм/ч и был не ниже показателя капиллярности аналогичной ткани, подвергнутых отварке по прототипу.
Таким образом, приведенные в таблицах 1, 2 и 3 результаты доказывают, что предлагаемый способ отварки суровой хлопчатобумажной ткани, в котором она перед операцией пропитки подвергается запариванию в течение 4...6 секунд (в зависимости от поверхностной плотности ткани Втк) и без контакта с воздухом через гидрозатвор помещается в обрабатывающий раствор комнатной температуры, а время запаривания пропитанной ткани составляет 90...95 минут, т.е. уменьшается на 20...25%, по сравнению с временем запаривания по прототипу, т.е. позволяет сократить время процесса отварки в целом и уменьшить затраты тепловой энергии (пара) на его осуществление.
Источники информации
1. Лабораторный практикум по химической технологии текстильных материалов: Учебное пособие для вузов (Т.С.Новорадовская и др.; Под ред. Г.Е.Кричевского). - М. 1994. - c.: ил. ISBN.
2. Отделка хлопчатобумажных тканей: Справочник. / Под ред. Б.Н.Мельникова, - Иваново: изд-во "Талка", 2003. - 484 с.
3. Альтшулер М.А. К теории капиллярной пропитки смачивающими жидкостями пористых материалов с тупиковыми капиллярами. // Коллоидный журнал, - 1961, - т.23, - N6, - с.646.
4. Браславский А.Н., Дарвин В.В., Роскин Е.С., Иванова С.Н. О механизме пропитывания волокнистопористых материалов в условиях образования тупиковых капилляров и защемления воздуха. // Журнал прикладной химии. - 1970. - T.43. - N8. - с.1803.
Способ отварки тканей из природных целлюлозных волокон, заключающийся в пропитке ткани в водном варочном растворе, запаривании ткани в среде насыщенного водяного пара атмосферного давления, промывке запаренной ткани сначала в горячей, а затем в холодной воде, обработке промытой ткани в среде водного раствора серной кислоты, окончательной промывке ткани в холодной воде и ее отжиме, отличающийся тем, что ткань перед ее введением в пропиточный варочный раствор дополнительно обрабатывают в среде насыщенного водяного пара атмосферного давления в течение 4...6 с, после чего без контакта с воздухом через гидрозатвор ткань вводят в пропиточный варочный раствор комнатной температуры, а операцию запаривания пропитанной ткани проводят в течение 90...95 мин.
