Способ беления льняного волокна для изготовления материалов медицинского назначения
Владельцы патента RU 2525781:
Общество с ограниченной ответственностью " Инновационные Технологии Льнопереработки" (ООО "ИнТехЛён") (RU)
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии растворов им. Г.А. Крестова Российской академии наук (ИХР РАН) (RU)
Изобретение относится к текстильной промышленности и может быть использовано для получения отбеленного льняного волокна для изготовления ваты, нетканых материалов и изделий на их основе медицинского назначения (раневых покрытий, салфеток, протирок и т.д.), а также предметов гигиены и косметологии. Заявлен способ беления льняного волокна для изготовления материалов медицинского назначения, заключающийся в том, что последовательно проводят следующие операции: обработку раствором серной кислоты и последующую за ней промывку при температуре 25-30°C в течение 25-30 минут, окислительную варку щелочным раствором пероксида водорода, содержащим стабилизатор, поэтапно при различных значениях силикатно-щелочного модуля, сначала при температуре 20-25°C при модуле 0,5-0,6 в течение 10-15 минут, затем при модуле 0,8-0,9 в течение 10-20 минут, затем при модуле 1,0-1,1 в течение 30-60 минут при температуре 70-75°C, после чего температуру повышают до 96-98°C и выдерживают в течение 30-60 минут, затем модуль снижают до 0,4-0,5 и продолжают варку в течение 30-60 минут, отбеливание в щелочном растворе, содержащем такие же вещества, что и в растворе для окислительной варки, промывку водой и заключительную кисловку водным раствором уксусной кислоты. Изобретение позволяет повысить экономичность, экологичность способа и получить отбеленное волокно с высокими показателями белизны, капиллярности, нормируемым содержанием хлористых, кальциевых и сернокислых солей. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.
Введение
Изобретение относится к текстильной промышленности и может быть использовано для получения отбеленного льняного волокна для изготовления ваты, нетканых материалов и медицинских изделий на их основе (раневых покрытий, салфеток, протирок и т.д.), а также при изготовлении целлюлозной матрицы для иммобилизации в ней функциональных препаратов (антимикробных, анестетических, гемостатических, лечебных и т.д.) при получении перевязочных средств нового поколения или матрицы-носителя косметических и лечебных средств для применения в косметологии и быту.
Уровень техники
Важные задачи уменьшения зависимости от импорта, развития собственной сырьевой базы и удовлетворения постоянно возрастающих требований потребителей к качеству, экологической безопасности и комфортности продукции решаются при использовании отечественных лубяных волокон, прежде всего льняных. Целесообразность изготовления на их основе современных высокотехнологичных конкурентоспособных материалов медицинского, гигиенического и косметического назначения обусловлена превосходством льноволокон по гигиеническим и медико-биологическим свойствам над волокнами хлопка и гидратцеллюлозными. Многолетней практикой применения льносодержащих материалов доказана их способность регулировать теплообмен, угнетать жизнедеятельность микрофлоры, ускорять заживление ран, не вызывать аллергических реакций, снижать действие радиации и др. [РХЖ им. Менделеева, 2002, №2, с.31-35].
При этом создаются условия более рационального использования сравнительно недорогих, но ценных по своим природным свойствам, побочных продуктов льнопереработки (короткого волокна, отходов трепания, очесов и т.д.), доля которых превышает 2/3 общего объема получаемых льноволокон. Не соответствуя достаточно жестким требованиям к длине для переработки по системе мокрого прядения, такие волокна преимущественно применяются для получения грубых технических материалов. В то же время очистка от костры и природных примесей позволяет применять их при изготовлении высококачественных медицинских, гигиенических и косметических изделий, например, на основе нетканых материалов, уникальные свойства которых обеспечиваются как за счет свойств сырья, так и за счет оригинальности структур нетканых полотен.
К целлюлозным волокнам, используемым в медицине, как известно [ГОСТ 5556, Текстильная промышленность. - 1998. - №6. - С.21-22], предъявляют требования высокой степени очистки от примесей и высокой степени белизны, о которых свидетельствуют следующие основные показатели изготавливаемой из хлопка ваты медицинской [ГОСТ 5556]:
| Капиллярность, мм, не менее | 70,0 |
| Поглотительная способность, г, не менее | 19,0 |
| Зольность, %, не более | 0,3 |
| Содержание жировых и воскообразных | |
| веществ, %, не более | 0,35 |
| Степень белизны, %, не менее | 72,0 |
| Реакция водной вытяжки | нейтральная |
| Содержание восстанавливающих веществ | следы |
| Засоренность, %, не более | 0,3 |
| Массовая доля коротких волокон | |
| (менее 5 мм), %, не более | 0,15 |
| Содержание посторонних примесей: | |
| иголочек, щепочек и т.д. (более 3 мм), % | не допускается |
Кроме того, к волокнам для изготовления медицинских материалов предъявляют требования экологической безопасности, тактильной комфортности, а также отсутствия аллергенности.
Волокна льна содержат значительно большее количество природных примесей (22-25%) в сравнении с хлопковыми (4-6%) и наряду с целлюлозой (71,2-78,0%), включают гемицеллюлозы (13,6%), пектиновые (2,8-3,2%), азотсодержащие (1,9-2,1%), зольные (1,3%), воскообразные вещества (1,7-2,7), лигнин (2,2-3,8%) [Живетин В.В. и др. Лен и его комплексное использование. М., 2002. 394 с.]. В современных отечественных сортах льна содержание лигнина может превышать 10%. Кроме того, они содержат сорные примеси в виде остатков стебля («костры»), щепочек, иголочек и др.
Как известно, природные примеси из растительных волокон удаляют химической обработкой, сорные же примеси и костру удаляют механической очисткой, преимущественно до химической обработки. Поскольку технические волокна в процессе механических и химических обработок распадаются на более мелкие комплексы, интенсивность механических воздействий и жесткость химических обработок должны выбираться с учетом требований к параметрам волокна (линейной плотности, массодлине), обеспечивающих их технологичность при последующей переработке, например при изготовлении нетканых материалов.
Известны различные химические способы получения отбеленного льноволокна.
Наиболее эффективным известным способом беления и очистки льноволокон является способ хлоритно-перекисного беления, при котором достигаются высокие показатели белизны (более 72%) и эффективное удаление примесей [Справочник по химической технологии обработки льняных тканей / Под ред. Г.И. Фридлянд. М.: Легкая индустрия, 1973, с.64-65].
Однако использование импортного дорогостоящего, корозионно-опасного и чрезвычайно экологически опасного реагента - хлорита натрия - делает невозможным применение данного способа.
Известны и широко используются на практике одностадийные и двухстадийные способы беления льняной ровницы при ее подготовке к мокрому прядению. При одностадийных способах обработку льноволокон проводят только щелочно-окислительными растворами, а при двухстадийных - щелочно-окислительными и щелочно-восстановительными растворами в различной последовательности. При этом отмечают, что причиной более низкой белизны льняного волокна в двухстадийном процессе обработки щелочная отварка/беление является конденсация продуктов частичного гидролиза примесей, происходящая при щелочной варке [Справочник по химической технологии обработки льняных тканей / Под ред. Э.Р. Шелковской. М.: Легкая индустрия, 1973. - С.50-66].
Недостатками этих способов являются низкие показатели белизны (менее 60%), капиллярности и поглотительной способности волокон.
При воздействии химических реагентов в волокнах льна разрушаются компоненты, расположенные в срединных пластинках и обеспечивающие скрепление элементарных волокон в техническом комплексном волокне. Вследствие этого ослабляются межволоконные связи, что делает льняное волокно пригодным к дроблению в процессе вытягивания на прядильных машинах. О необходимой степени извлечения примесей при подготовке ровницы к прядению свидетельствует снижение ее разрывной нагрузки в мокром состоянии. Разрывная нагрузка ровницы, хорошо подготовленной к прядению, снижается в 6-8 раз по сравнению с ее прочностью в суровом виде [Справочник. Прядение льна и хим. волокон // Под ред. Карякина Л.Б., Гинзбурга Л.Б. М., 1991, - с.319-320].
Известен способ окислительной варки льняной ровницы в аппаратах периодического действия типа АКД, включающий обработку воздушно-сухой ровницы водным раствором серной кислоты, промывку водой или нейтрализацию остатков кислоты в растворе едкого натра, варку при 95-98°C в течение 60-90 мин водным щелочным раствором пероксида водорода в концентрации 1.3-1.7 г/л (по активному кислороду) при общей щелочности раствора 4.7-9.5 г/л (в пересчете на едкий натр) в присутствии 9-20 г/л силиката натрия, последующие промывки от продуктов разрушения и щелочных агентов [Справочник по химической технологии обработки льняных тканей, под ред. Г.И. Фридлянд. М., Легкая индустрия, 1973, с.55-56].
Недостатком способа является его ограниченная возможность в извлечении примесей из льняного волокна с содержанием лигнина более 3-3.5% (грубого и очень грубого) и низкие показатели белизны.
Еще более ограничен в возможности достижения высокой степени очистки и высокой белизны льняной ровницы известный способ окислительной варки, предполагающий полную замену силикатного стабилизатора в пероксидсодержащем растворе на натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы (0,1-1,0 г/л) и проведение одной низкотемпературной промывки вместо двух высокотемпературных [пат. РФ 2188261, 2002]. Приводимые при этом высокие значения разрывных нагрузок (37.6-45.3 н), в 1,6-2 раза превышающие достигаемые в традиционной технологии окислительной варки (22.9-27.5 н), наглядно свидетельствуют об ухудшении качества подготовки льноволокон в отсутствие силикатного стабилизатора.
Таким образом, известные экологически безопасные способы облагораживания льняной ровницы не позволяют получать льняное волокно, пригодное для изготовления материалов медицинского назначения. Они не обеспечивают льноволокнам требуемый уровень белизны, капиллярности, смачиваемости и очистки от примесей.
Известны двухстадийные способы химической обработки механически очищенного короткого льноволокна для изготовления ваты медицинской. Их осуществляют путем проведения на первой стадии длительных (120-210 мин) высокотемпературных щелочных варок (при 120-140°C) в присутствии поверхностно-активных веществ или восстановителей, а на второй стадии для достижения высокой белизны применяют растворы гипохлорита [пат. РФ 2104358, 1998 и 2078163, 1997]. В первом случае проводят двукратную обработку гипохлоритом (1-2 и 2-3 г/л) с предварительным кислованием серной кислотой (2-4 и 1,5-2,5 г/л) без промежуточной промывки, а во втором случае обрабатывают раствором гипохлорита (2,8-4 г/л), содержащим 4 г/л серной кислоты.
Основными недостатками указанных способов являются энергоемкость варки, высокая степень деструкции целлюлозы и низкая экологичность процесса из-за использования кислых растворов гипохлорита. В последнем случае создаются условия, при которых выделяется экологически опасный реагент Cl2, что делает экологически опасным и технологический процесс и, что особенно важно для материалов медицинского назначения, экологически небезопасным вырабатываемый продукт. Кислые растворы гипохлорита не рекомендуются к применению, и технологические регламенты обработки целлюлозных материалов предполагают создание слабощелочных сред [Мельников Б.Н. и др. Физико-химические основы процессов отделочного производства. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982, с.87].
Известны способы получения отбеленных льноволокон для производства ваты медицинской без использования хлорсодержащих реагентов.
Известен двухстадийный способ химической обработки механически очищенного короткого льноволокна, включающий длительную (120-150 мин) высокотемпературную варку (при 120-135°C) в растворе гидроксида натрия (3-20 г/л) в присутствии восстановителей и комплексонов и беление в течение 120 минут щелочным раствором, содержащим силикатный стабилизатор и 8-12 г/л пероксида водорода (100%-ного) [пат. РФ 2175363, 2001].
Основными недостатками способа являются высокая энергоемкость процесса и интенсивная конденсация продуктов разрушения примесей при высокотемпературной варке в растворах с высокой концентрацией гидроксида натрия (до 20 г/л). Образование темноокрашенных продуктов конденсации затрудняет отбеливание волокна, поэтому для достижения необходимой белизны предлагается использовать растворы пероксида водорода в высокой концентрации (8-12 г/л). При разложении указанных количеств H2O2 в течение предлагаемых 120 минут происходит чрезмерное выделение газообразных продуктов, что приводит к недопустимому росту давления в аппаратах типа АКД, используемых в настоящее время для обработки льняной ровницы и волокна в массе. Данную технологию нельзя масштабировать, она не может быть реализована в промышленности.
Согласно справочной литературе, концентрации пероксида водорода в составах для окислительной варки льноволокон (в течение 105-120 минут) не превышают 2 г/л по активному кислороду [Справочник по химической технологии обработки льняных тканей / Под ред. Э.Р. Шелковской, М.: Легкая индустрия, 1973. - С.50-73].
Известны способы получения отбеленного льноволокна, в которых предварительное извлечение примесей и последующее беление осуществляются пероксидсодержащими растворами.
Известен способ получения отбеленного льноволокна для производства ваты медицинской, в котором химическая обработка механически очищенного льноволокна с линейной плотностью не более 2,0 текс осуществляется путем кислования волокна раствором серной кислоты (1.0-1.5 г/л), промывки, окислительной варки при температуре 96-98°C (110-120 мин) в растворе, содержащем 1,5-1,9 г/л (в пересчете на активный кислород) пероксида водорода, силикатный стабилизатор, щелочные агенты, комплексообразующее вещество и соль магния, последующей обработки аналогичным раствором, содержащим 1,0-1,5 г/л (в пересчете на активный кислород) пероксида водорода, силикатный стабилизатор, щелочные агенты, комплексообразующее вещество и соль магния, с промежуточными и заключительными промывками горячей и холодной водой [пат. РФ 2191231, 2002].
Недостатками способа являются ограниченные возможности в достижении требуемой степени очистки волокон с высоким содержанием лигнина и отсутствие возможности повышения производительности аппаратов АКД за счет увеличения массы обрабатываемого материала, т.к. используемые низкие концентрации пероксида водорода не позволяют обеспечить высокие показатели качества обрабатываемым волокнам при снижении удельного расхода пероксида водорода. Проведение процесса при жидкостном модуле (соотношении массы раствора и массы волокна) менее 10 приводит к уменьшению белизны и капиллярности льноволокон.
Известен способ беления механически очищенного льноволокна с линейной плотностью 0.3-0.4 текс путем его обработки 2.8-3.0%-ным раствором, содержащим пероксид водорода, уксусную кислоту (при их соотношении 1:2) и минеральную кислоту при 85-90°C (55-60 мин), последующей традиционной окислительной варки в присутствии пероксида водорода, силикатного стабилизатора и щелочных агентов (110-120 мин), горячих и холодных промывок, обработки раствором едкого натра 140-150 г/л при 16-20°C (20-30 мин), холодной промывки и кисловки [пат. РФ N 2078164, 1997].
Недостатками способа являются сложность, длительность, низкая экономичность и экологическая опасность технологического процесса из-за высоких концентраций реагентов, в том числе легколетучей уксусной кислоты. При этом не достигается требуемое качество получаемого продукта вследствие высокой степени деструкции целлюлозы из-за длительного 50-60 минутного воздействия горячих (85-90°C) растворов, содержащих минеральные кислоты, последующего 30 минутного воздействия высококонцентрированного щелочного раствора и необходимости проведения стадии интенсивной нейтрализации, т.к. предусмотренная холодная промывка не позволяет удалить сорбированную щелочь. Традиционно после обработки высококонцентрированными растворами щелочей промывки проводят при температурах 75-95°C с последующей нейтрализацией. Кроме того, существует опасность значительной потери волокнистой массы вследствие распада изначально тонких и коротких волокон (0.3-0.4 текс) в условиях жесткой химической обработки.
Наиболее близким к заявленному является способ беления механически очищенного (до остаточного содержания костры не более 1,5%) льняного волокна (короткого, очесов) для получения ваты [пат. РФ 2265094, 2005]. Его осуществляют путем проведения операций химической обработки механически очищенного льняного волокна, включающих:
- кисловку волокна при температуре 50-60°C в течение 20-30 минут водным раствором, содержащим (г/л):
| серную кислоту (100%-ную) | 1,0-3,0 |
| неионогенный смачиватель | 0,1-0,3 |
- две промывки горячей водой при температуре 50-70°C в течение 15 минут;
- окислительную варку при температуре 95-100°C в течение 60-90 минут в растворе, содержащем следующие компоненты (г/л):
| пероксид водорода (100%-ный) | 3,0-5,0 |
| едкий натр (100%-ный) | 8,0-10,0 |
| стабилизатор - композиция Диарин на основе | |
| оксиэтилидендифосфоновой кислоты | 0.1-0,3 |
| смачиватель неионогенного типа, | 0.5-1,0 |
| например смачиватель ЭМ-ЗП на основе | |
| оксиэтилированных жирных спиртов | |
| при общей щелочности | 9,0-11,0 |
с подъемом температуры до 95-100°C в течение 45-60 минут;
- две промывки горячей водой при температуре 50-70°C в течение 15 минут;
- беление при температуре 95-100°C в течение 60-90 минут в растворе, при следующем содержании компонентов (г/л):
| пероксид водорода (100%-ный) | 2,0-7,0 |
| едкий натр (100%-ный) | 3,0-8,0 |
| стабилизатор композиция Диарин | |
| на основе оксиэтилидендифосфоновой кислоты | 0.3-0,7 |
| смачиватель неионогенного типа, | 0.3-1,0 |
| например смачиватель ЭМ-ЗП на основе | |
| оксиэтилированных жирных спиртов | |
| мягчитель Трацкан МГФ | 0.5-2,0 |
с подъемом температуры до 95-100°C в течение 45-60 минут;
- промывку горячей водой при температуре 60-70°C в течение 15 минут;
- кисловку раствором серной кислоты 1,0-3,0 г/л при температуре 25-50°C в течение 15 минут;
- промывку горячей и холодной водой;
- авиважную обработку раствором, содержащим мягчитель на основе высших жирных кислот в концентрации 0,5-1,0 г/л.
Однако способ имеет недостатки.
1. Низкая экономичность, обусловленная нерациональным расходованием химических реагентов вследствие уменьшения в реакционной зоне объемов пероксидсодержащих растворов при увеличении давления сверх допустимого в аппаратах АКД (АКДН, АКДС, АКДУ), применяемых для обработки волокнистой массы. Конструкцией данных аппаратов предусмотрено снижение давления за счет сброса в канализацию части технологического раствора. Рост давления является следствием:
- использования органического стабилизатора (композиции Диарин) в низкой концентрации (0,1-0,3 и 0,3-0,7 г/л) при полном исключении силикатных стабилизаторов, что не позволяет предотвратить чрезмерное выделение газообразных продуктов разложения пероксида в растворах с высокой щелочностью (8-11 г/л); как известно, органические стабилизаторы уступают в эффективности силикатным, которые в подобных условиях окислительной варки ровницы применяются в концентрации 9-20 г/л;
- использования пероксида водорода в высокой концентрации (5-7 г/л) за предлагаемый короткий промежуток времени (105-150 мин), приводящего к чрезмерному выделению газообразных продуктов его разложения;
- высокого пенообразования при прокачивании через волокнистую массу растворов пероксида водорода с высоким содержанием поверхностно-активных веществ (0,5-1,0 г/л) и мягчителей (0,5-2,0 г/л).
2. Низкие качественные показатели волокна, такие как степень белизны, капиллярность, время смачивания. Это обусловлено следующими факторами:
- снижением удельных расходов пероксида водорода и едкого натра на единицу волокнистой массы при уменьшении в реакционной зоне объемов технологических растворов;
- высоким содержанием коротких волокон при окислительной варке льноволокон мягких и средней мягкости в растворах с высокой щелочностью (9,0-11,0 г/л); для данных волокон рекомендуется использовать значительно меньшие концентрации щелочных агентов [Справочник по химической технологии обработки льняных тканей / Под ред. Э.Р. Шелковской, М.: Легкая индустрия, 1973. - С.50-73];
- нанесением мягчителей на отбеленные льноволокна на последней стадии технологического процесса, что может нарушать установленное ГОСТ 5556 требование обеспечения нейтральности водной вытяжки ваты медицинской;
- опасностью сообщения аллергенных свойств и токсичности льноволокнам при нанесении на них мягчителей на последней стадии обработки (без последующей промывки).
3. Низкая экологичность технологии вследствие высокого содержания в растворах поверхностно-активных веществ (суммарно на процесс: смачивателей до 2,3 г/л и мягчителей до 3 г/л) и значительное превышение ПДК данных веществ в сточных водах (при предусмотренном технологией низком разбавлении активных сред промывными водами).
Сущность изобретения
Задачей изобретения является поиск способа беления льняного волокна для изготовления материалов медицинского назначения, включающий кисловку, промывку, окислительную варку в щелочном растворе, включающем пероксид водорода и стабилизатор, промывку, отбеливание, промывку и заключительную кисловку, который позволил бы повысить его экономичность, качество волокна и экологичность способа.
Поставленная задача решена способом беления льняного волокна для изготовления материалов медицинского назначения, включающим кисловку, промывку, окислительную варку в щелочном растворе, включающем пероксид водорода и стабилизатор, промывку, отбеливание, промывку и заключительную кисловку, при котором окислительную варку проводят поэтапно при различных значениях силикатно-щелочного модуля, сначала при температуре 20-25°C при модуле 0,5-0,6 в течение 10-15 минут, затем при модуле 0,8-0,9 в течение 10-20-ти минут, затем при модуле 1,0-1,1 в течение 30-60-ти минут при температуре 70-75°C, после чего температуру повышают до 96-98°C и выдерживают в течение 30-60 минут, затем модуль снижают до 0,4-0,5 и продолжают варку в течение 30-60 минут, отбеливание проводят в щелочном растворе, содержащем такие же вещества, что и в растворе для окислительной варки, кисловку проводят при температуре 25-30°C, а промывку после кисловки проводят однократно холодной водой.
При этом:
- раствор для окислительной варки содержит компоненты в следующем соотношении (г/л):
| пероксид водорода (в пересчете на активный кислород) | 2,0-3,5 |
| силикат или метасиликат натрия (в пересчете на SiO2) | 1,8-5,6 |
| кальцинированная и/или каустическая сода | |
| до общей щелочности | 4,0-15,0 |
- раствор для отбеливания содержит компоненты в следующем соотношении (г/л):
| пероксид водорода (в пересчете на активный кислород) | 0,7-1,5 |
| силикат или метасиликат натрия (в пересчете на SiO2) | 1,4-2,5 |
| кальцинированная и/или каустическая сода | |
| до общей щелочности | 3,0-5,0 |
- заключительную кисловку проводят водным раствором уксусной кислоты.
Изобретение позволяет получить следующие преимущества.
1. Повысить экономичность за счет рационального расходования химических реагентов, которое достигается при исключении роста давления сверх допустимого в аппаратах АКД путем предотвращения чрезмерного выделения газообразных продуктов и исключения тем самым уменьшения объемов пероксидсодержащих растворов в реакционной зоне. Рост давления предотвращается за счет:
- выбора оптимальных соотношений силикатных стабилизаторов и щелочных агентов (силикатно-щелочного модуля), регулирующих скорость разложения пероксида водорода;
- поэтапного проведения окислительной варки при регулировании значения силикатно-щелочного модуля на каждом этапе;
- исключения пенообразования при отсутствии поверхностно-активных веществ в пероксидсодержащих растворах.
2. Обеспечить высокое качество любых видов льноволокон за счет:
- расходования на обработку волокна оптимальных количеств химических реагентов (за счет исключения их нерациональных потерь);
- возможности повышения удельных расходов пероксида водорода на обработку волокнистой массы;
- применения поверхностно-активных веществ лишь на первой стадии технологического процесса, что гарантирует их полное удаление из волокна при последующих обработках;
- исключения на последних стадиях обработки применения реагентов, создающих опасность сообщения аллергенных свойств и токсичности льноволокнам и изготавливаемым на их основе медицинским материалам.
3. Повысить экологическую безопасность технологии вследствие использования низких концентраций поверхностно-активных веществ в растворах (суммарно на процесс: смачивателей до 0,5 г/л) и, соответственно, их невысокое содержание в сточных водах, направляемых на очистку.
К тому же, изобретение позволяет получить следующие дополнительные преимущества:
- возможность повышения концентрации пероксида водорода в растворе позволяет увеличить в 1,5-1,6 раза массу волокна, обрабатываемого в аппарате, т.е. проводить процесс при жидкостном модуле 6-6,5; это открывает перспективу проведения процесса при полной загрузке аппаратов АКД спрессованной волокнистой массой (например, 700-750 кг вместо 430-450 кг (при модуле 10) в аппаратах АКДУ-601 или АКДС-601);
- возможность повышения концентрации пероксида водорода в растворе позволяет обрабатывать (при жидкостном модуле 10) волокно с высоким содержанием лигнина;
- при проведении процессов при низких жидкостных модулях снижаются удельные расходы теплоносителя (пара) за счет проведения значительной части процесса при низких температурах.
Льняное волокно, отбеленное по предлагаемому способу, соответствует требованиям, предъявляемым к целлюлозным волокнам, используемым для изготовления высококачественных материалов медицинского назначения и материалов для гигиены и косметологии.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
В качестве исходного сырья можно использовать волокна льна в виде короткого волокна, очесов, отходов трепания, отходов мокрого льнопрядения (жваки) и т.д., предварительно очищенных от костры и сорных примесей (до остаточного содержания костры не более 1,5%) и разволокненных.
Для осуществления способа используют следующие химические реагенты:
в качестве минеральной кислоты можно использовать серную, азотную, уксусную и др. кислоты;
в качестве смачивателя можно использовать известные анионактивные и неионогенные соединения, обладающие смачивающей, моющей, эмульгирующей способностью, с малым пенообразованием, выпускаемые в виде растворов, паст и т.д. отечественными и импортными производителями, например Ивадет, Сульфосид-61 и т.д.;
силикат натрия Na2SiO3 (жидкое натриевое стекло) (ГОСТ 13078-81) - густая жидкость желтого или серого цвета без механических включений, видимых невооруженным глазом, содержащая от 28.5 до 33% двуокиси кремния (SiO2) и от 10-12% окиси натрия (Na2O), плотность от 1.36 до 1.50;
метасиликат натрия Na2SiO3 · 9 H2O (ТУ-6-18-161-82) - белый или желтый микрокристаллический продукт, содержащий 18.5 - 20.0% двуокиси кремния (SiO2) и 20-20.5 окиси натрия (Na2O); полностью растворяется в воде при комнатной температуре;
гидроксид натрия NaOH (технический едкий натр) (ГОСТ 2263-81) - густая жидкость или твердый продукт, выпускаемый в виде чешуек, гранул и т.д.;
кальцинированная сода Na2CO3 (карбонат натрия или углекислый натрий) (ГОСТ 10689-73 и 5100-74) - мелкокристаллический порошок белого цвета; в зависимости от способа получения (из нефелинового сырья - ГОСТ 10689-73 или синтетическая - ГОСТ 5100-74) кальцинированная сода содержит от 91 до 99% углекислого натрия; во влажном воздухе безводная кальцинированная сода превращается в твердые комки, однако поглощение воды незначительно; растворимость углекислого натрия (в г на 100 г воды): при 20°C - 21,5, при 100°C - 45,5;
пероксид водорода H2O2 (ГОСТ 175-81) - бесцветная жидкость, выпускаемая виде раствора двух марок: техническая и медицинская с концентрацией 27,5-31,0% (весовых).
Способ реализуют последовательным проведением операций химической обработки механически очищенного льняного волокна, включающих:
- кисловку волокна в течение 25-30 минут при температуре 25-30°C раствором, содержащим (г/л):
| серную кислоту | 1,5-3,5 |
| смачиватель | 0,2-0,5 |
- промывку водой при температуре 25-30°C;
- окислительную варку в растворе, содержащем следующие компоненты (г/л):
| пероксид водорода | |
| (в пересчете на активный кислород) | 2,0-3,5 |
| силикат или метасиликат натрия | |
| (в пересчете на SiO2) | 1,8-5,6 |
| кальцинированная и/или каустическая | |
| сода до общей щелочности | 4,0-15,0 |
поэтапно при следующих значениях силикатно-щелочного модуля:
- модуль 0,5-0,6 при температуре 20-25°C в течение 10-15 минут;
- модуль 0,8-0,9 при 20-25°C в течение 10-20 минут;
- модуль 1,0-1,1 при 70-75°C в течение 30-60 минут и при температуре 96-98°C в течение 30-60 минут;
- модуль 0,4-0,5 при температуре 96-98°C в течение 30-60 минут;
- промывку горячей и холодной водой;
- беление в течение 50-60 минут при температуре 96-98°C в растворе следующего состава (г/л):
| пероксид водорода | |
| (в пересчете на активный кислород) | 0,7-1,5 |
| силикат или метасиликат натрия | |
| (в пересчете на SiO2) | 1,4-2,5 |
| кальцинированная и/или каустическая | |
| сода до общей щелочности | 3,0-5,0 |
с подъемом температуры в течение 50-60 минут;
- промывку горячей (80-90°C) и теплой водой (50-60°C);
- заключительную кисловку раствором уксусной кислоты 0,5-1,0 г/л при температуре 20-25°C в течение 20-30 минут;
- высушивание.
Анализ качества получаемого отбеленного льноволокна осуществляли в соответствии с ГОСТом 5556-81 и ТУ 9393-001-04740840-2005 «Вата медицинская гигроскопическая хирургическая льносодержащая, стерильная и нестерильная ВХЛС-«ИХР».
Составы технологических растворов и показатели качества льноволокон, полученных при различных режимах их химической обработки, приведены в табл.1 и 2. Примеры 1, 2 и 5 получены при использовании, соответственно, мягкого льняного волокна (содержание инкрустирующих веществ до 2%), отходов чесания и мокрого льнопрядения (жваки), примеры 3 и 4 - грубого (содержание инкрустов до 3.25%), пример 6 - очень грубого льноволокна (содержание инкрустов выше 3.5%).
Данные табл.2 с очевидностью доказывают, что, используя заявленную совокупность и последовательность операций и варьируя условия их осуществления, изобретение дает возможность получить отбеленное волокно с высокими показателями белизны 72-76%, капиллярности 80-85 мм, поглотительной способности 19-23 г/г волокна, нормируемым остаточным содержанием хлористых, кальциевых и сернокислых солей. При этом проведением обработок волокна в лабораторном аппарате АЛ-210/1 (изготовитель ООО «Текс-Волга, г. Кострома), в котором обеспечивается циркуляция технологических растворов через спрессованную волокнистую массу, автоматическое регулирование температурно-временных параметров процесса и контроль давления в реакционной зоне, было подтверждено, что в заявленном способе исключается чрезмерное выделение газообразных продуктов разложения пероксида водорода и давление поддерживается на безопасном уровне.
| Таблица 1 | |||||||
| Составы технологических растворов и условия проведения процессов на разных стадиях химической обработки льняного волокна | |||||||
| Составы технологических растворов и условия проведения процессов | Значение параметров в примерах: | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 (по способу-прототипу) | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| I Кисловка волокна | |||||||
| Концентрация реагентов (г/л): | 2,0 | ||||||
| кислоты: серной | 1.5 | 3,0 | 2.5 | 2,0 | |||
| азотной | 1.5 | 3,5 | |||||
| смачивателя: Ивадет | 0,2 | 0,5 | 0,5 | ЭМ-ЗП - 0,3 | |||
| Сульфосид-61 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | ||||
| Температура/время, °C/мин | 25/25 | 25/25 | 25/30 | 25/25 | 30/25 | 25/30 | 60/20 |
| Жидкостной модуль* | 6,0 | 10,0 | 6,0 | 10,0 | 6,0 | 10,0 | 20 |
| II Окислительная варка | |||||||
| Концентрация реагентов (г/л): | |||||||
| пероксид водорода (в пересчете на активный кислород) | 2,0 | 2,0 | 3,0 | 2,5 | 2,0 | 3,5 | 2,5 ЭМ-ЗП - 1,0 |
| Стабилизатор: силикат или | |||||||
| метасиликат натрия | композиция Диарин | ||||||
| (в пересчете на SiO2) | 1.8 | 3,6 | 3,6 | 3,6 | 2,2 | 5.6 | 0,3 |
| кальцинированная и/или | едкий натр - 10.0; | ||||||
| каустическая сода | |||||||
| до общей щелочности | 4,0 | 9,0 | 12,0 | 10,0 | 6,0 | 15,0 | общая щелочн. - 11,0 |
| Температура/время | 20/10 (0,6) | 25/10 (0,6) | 25/10 (0,5) | 25/10 (0,5) | 20/10 (0,6) | 25/15 (0,5) | нагрев до 95°C |
| при (ЩМ**), °C/мин | 20/10 (0,9) | 25/10 (0,8) | 25/15 (0,8) | 25/20 (0,8) | 20/10 (0,9) | 25/20 (0,8) | в течение 50 мин |
| 75/30 (1,1) | 75/40 (1,0) | 70/60(1,0) | 70/50 (1,0) | 70/30 (1,1) | 70/60 (1,0) | ||
| 98/30 | 98/50 | 98/60 | 98/40 | 98/30 | 96/60 | ||
| 98/30 (0,6) | 98/50 (0,5) | 98/60 (0,5) | 98/60 (0,5) | 98/45 (0,6) | 96/60 (0,5) | 95/90 | |
| Максимальное давление при 96-98°C***, атм | 1,5 | 2,3 | 2,9 | 2,8 | 1,5 | 3,0 | 3,9 при 70°C |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| III Беление в щелочном растворе пероксида водорода | |||||||
| Концентрация реагентов (г/л): | |||||||
| пероксид водорода (в пересчете на активный кислород) | 0,7 | 1,0 | 1,5 | 1,2 | - | 1,5 | 2,25 |
| Стабилизатор: силикат или | |||||||
| метасиликат натрия | композиция Диарин | ||||||
| (в пересчете на SiO2) | 1,4 | 1,5 | 2,3 | 2.1 | - | 2,5 | 0,5 |
| кальцинированная и/или | - | едкий натр - 5,5 | |||||
| каустическая сода | |||||||
| до общей щелочности | 3,0 | 3,0 | 4,6 | 4,2 | 5.0 | ||
| Температура/время, °C/мин | 98/50 | 97/50 | 96/50 | 98/60 | - | 98/60 | 95/90 |
| IV Заключительная кисловка волокна | |||||||
| Концентрация, (г/л) уксусной кислоты | 0,5 | 0,5 | 0,8 | 0,6 | 1,0 | 1,0 | серная кислота - 2,0 |
| Температура/время, °C/мин | 20/20 | 25/20 | 25/30 | 25/30 | 20/25 | 25/30 | 60/15 |
| * - жидкостной модуль - отношение массы раствора к массе волокна; ** - силикатно-щелочной модуль (ЩМ) равен отношению SiO2/Na2O *** - в использованном в экспериментах аппарате периодического действия АЛ-210/1, в миниатюре воспроизводящем промышленное оборудование для жидкостной обработки льноволокна (аппарат АКДН), не допускается давление более 3,9 атм. |
| Таблица 2 | |||||||||
| Качественные показатели отбеленного льняного волокна | |||||||||
| Наименование показателей | Значения показателей для льноволокон, отбеленных согласно примерам*: | Норма в соответствии с | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 (по способу-прототипу) | ГОСТ 5556 для хлопка | ТУ 9393-001-04740840-2005 для льноволокон | |
| Степень белизны, %, | 74 | 72 | 72 | 74 | 75 | 73 | 43 | не менее 72 | не менее 72 |
| Капиллярность, мм | 86 | 85 | 83 | 85 | 82 | 80 | 35 | не менее 70 | не менее 70 |
| Поглотительная способность, г/г волокна | 19 | 20 | 19,5 | 19,3 | 19,5 | 19,5 | 13 | не менее 19 | не менее 19 |
| Время смачивания, с | 3 | 2 | 5 | 4 | 8 | 10 | 300 | - | - |
| Массовая доля: хлористых солей, % | менее 0,004 | менее 0,004 | менее 0,004 | менее 0,004 | менее 0,004 | менее 0,004 | превышает 0,004 | не более 0,004 | не более 0,004 |
| сернокислых солей, % | менее 0,02 | менее 0,02 | менее 0,02 | менее 0,02 | менее 0,02 | менее 0,02 | превышает 0,02 | не более 0,02 | не более 0,02 |
| кальциевых солей, % | менее 0,06 | менее 0,06 | менее 0,06 | менее 0,06 | менее 0,06 | менее 0,06 | превышает 0,06 | не более 0,06 | не более 0,06 |
| * - примеры 1, 2 и 5 получены при использовании мягкого льняного волокна (содержание инкрустирующих веществ до 2%), отходов чесания и мокрого льнопрядения, т.е. полубелого (жваки), примеры 3 и 4 - грубого (содержание инкрустов до 3.25%), пример 6 - очень грубого льноволокна (содержание инкрустов выше 3.5%) [Справочник по химической технологии обработки льняных тканей / Под ред. Э.Р. Шелковской М: Легкая индустрия, 1973. - С.52]. |
1. Способ беления льняного волокна для изготовления материалов медицинского назначения, включающий кисловку, промывку, окислительную варку в щелочном растворе, включающем пероксид водорода и стабилизатор, промывку, отбеливание, промывку и заключительную кисловку, отличающийся тем, что окислительную варку проводят поэтапно при различных значениях силикатно-щелочного модуля, сначала при температуре 20-25°C при модуле 0,5-0,6 в течение 10-15 минут, затем при модуле 0,8-0,9 в течение 10-20 минут, затем при модуле 1,0-1,1 в течение 30-60 минут при температуре 70-75°C, после чего температуру повышают до 96-98°C и выдерживают в течение 30-60 минут, затем модуль снижают до 0,4-0,5 и продолжают варку в течение 30-60 минут, отбеливание проводят в щелочном растворе, содержащем такие же вещества, что и в растворе для окислительной варки, кисловку проводят при температуре 25-30°C, а промывку после кисловки проводят однократно холодной водой.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что раствор для окислительной варки содержит компоненты в следующем соотношении (г/л):
| пероксид водорода (в пересчете на активный кислород) | 2,0-3,5 |
| силикат или метасиликат натрия (в пересчете на SiO2) | 1,8-5,6 |
| кальцинированная и/или каустическая сода | |
| до общей щелочности | 4,0-15,0 |
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что раствор для отбеливания содержит компоненты в следующем соотношении (г/л):
| пероксид водорода (в пересчете на активный кислород) | 0,7-1,5 |
| силикат или метасиликат натрия (в пересчете на SiO2) | 1,4-2,5 |
| кальцинированная и/или каустическая сода | |
| до общей щелочности | 3,0-5,0 |
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что заключительную кисловку проводят водным раствором уксусной кислоты.
