Физико-химическое обоснование и разработка технологии подготовки хлопчатобумажной ткани с использованием кремнийсодержащих соединений

• Автор: Звонков, Иван Иванович
• Шифр специальности: 05.19.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 168 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
В современных условиях интенсификации производства и создания конкурентно способной продукции главной тенденцией отделочной отрасли промышленности является повышение качества выпускаемых текстильных материалов в условиях высокой производительности труда, энергосбережения и экологии.
Одним из важнейших факторов резкого улучшения качества текстильных материалов является совершенствование стадии подготовки тканей к последующему колорированию и заключительной отделке. Повышение качества выпускаемой продукции в процессе предварительной подготовки тканей связано с разработкой высокоэффективных технологий с использованием новых химических и физических способов интенсификации протекающих процессов. Современным направлением совершенствования технологии подготовки ткани является совмещение отдельных стадий, унификация технологии, использование эффективных интенсификаторов и катализаторов процессов очистки тканей, а также физических способов воздействия на текстильный материал.
Операция отваривания хлопчатобумажных тканей является одной из наиболее важных, так как практически все природные и технологические примеси подвергаются в щелочной среде различным воздействиям. По существу данная операция является комплексной, в связи, с чем в состав варочной ванны вводятся различные по своему воздействию компоненты. Использование различных видов кремнийсодержащих соединений, а именно силикатов, приводит к адсорбции на поверхности кремнезма удаляемых загрязнений и ионов металлов содержащихся на ткани и оборудовании. Существенным недостатком таких антиресорбентов и одновременно стабилизаторов как силикаты является образование осадков в воднощелочных растворах, . содержащих соли жсткости. Это связано с тем, что
присутствующий в технологических растворах кальций в виде Са2, СаОН, СаОН2 адсорбируется на поверхности кремнезма, тем самым перезаряжая е и являясь причиной коагуляции.
Однако данная проблема решаема путм введения в растворы комплексообразующих препаратов, одним из наиболее перспективным классом, которых являются органофосфоновыс комплсксоны. Так, по способности стабилизировать силикат натрия в растворе органические фосфонаты занимают первое место. При использовании фосфорорганических комплексообразующих соединений в процессе варки хлопчатобумажных тканей происходит связывание ионов кальция и магния, которые дают нерастворимые осадки, и ионов железа и меди, которые при последующем белении могут проявить себя как катализаторы распада пероксида водорода.
Одним из наиболее узких мест пероксидного беления текстильных материалов является неустойчивость пероксида водорода, в связи с чем в отбельную ванну добавляют силикат натрия. При несомненном достоинстве этого стабилизатора силикат может постепенно откладываться на поверхности ткани и оборудования, вызывая непрокрас и острые силикатные осадки не растворяясь ни в одном из растворителей. Стабилизирующий эффект силикатов при белении текстильных материалов связан с наличием в растворе свежеосажденного осадка кремнегеля, обладающего высокоразвитой поверхностью и характеризующегося высокой адсорбционной способностью по отношению к катализаторам, присутствующим в отбеливающем растворе. Как и на стадии отваривания для растворения силикатных осадков в пероксидном беление текстильных материалов применяются различные классы комплексообразующих соединений. Выбор комплексона зависит не только от осадков на ткани и оборудовании. Особенностью комплексообразующих соединений класса органофосфонатов ОЭДФ является то, что они в отличие от аминокарбоксилатов ЭДТА и оксикарбоксилатов помимо
комплексообразующих свойств обладают способностью к диспергированию и суспендированию загрязнений, дают эффект коагуляции подобно полифосфатам.

Актуальность

Основным и, пожалуй, единственным недостатком силикатного стабилизатора является его склонность образовывать нерастворимые осадки на текстильных материалах жесткость, ухудшение грифа и деталях оборудования твердые силикатные осадки, имеющие кристаллический характер, способны разрывать движущиеся в контакте с ними текстильные материалы. Удаляются эти осадки очень трудно механической очисткой оборудования или растворением в кислотах. Образование осадков производных силиката усиливается в присутствии солей кальция и магния соли жесткости и в условиях высокотемпературного режима отбелки Т 0С. Образующийся трехмерный полимер нерастворим в воде, а с солями жесткости образует еще более труднорастворимые осадки 1. Есть некоторые преимущества при использовании силикатов. Они таюке обладают детерагентным действием и ингибируют коррозию металлических материалов. Кроме того, они обеспечивают буферное действие, которое подавляет концентрацию свободного ЫаОН, и это, возможно, фактор уменьшения опасности для волокон. Предполагается, что коллоидные силикаты покрывают поверхности, включая твердые, с острыми углами, которые каталитически активны при разложении пероксида. Однако неполимеризованные силикаты более эффективны, чем жидкое стекло при ингибировании распада. Для устранения непроизводительного расхода пероксида в ванну вводят соединения, обеспечивающие разложение по оптимальному механизму 2. Технический силикат натрия или жидкое стекло продукт, содержащий около диоксида кремния и около оксида натрия. Силикат натрия дешев, недефицитен и при этом обладает наиболее эффективным стабилизирующим эффектом даже при повышенных температурах и высоких . В настоящее время предлагается много гипотез и мнений относительно механизма действия силиката повидимому, он обладает многофункциональностью вследствие своеобразной коллоидной и химической структуры. Многофункциональность силиката натрия делает его незаменимым компонентом отбеливающих растворов, поскольку до настоящего времени неизвестен органический или неорганический стабилизатор, который при одинаковой стоимости имел бы такую же буферную емкость, как силикат натрия. Эффективность его действия как стабилизатора возрастает в присутствии небольшого количества солей магния или кальция. Современные взгляды на процесс стабилизации пероксида водорода основаны на представлешгях о механизмах его каталитического разложения, описанных ранее. Наиболее распространенные в настоящее время силикатные стабилизаторы отличаются многофункциональностью действия. Основной теорией действия силикатных стабилизаторов, которой ранее придерживался ряд авторов научных работ, заключалась в следующем с одной стороны, связывая каталитически активные ионы и свободные радикалы, они предотвращают развитие каталитических реакций разложения пероксида водорода и снижают общую скорость его распада. С другой стороны, образуя в растворе пероксосоединения, ускоряющие разложение и взаимодействующие с целлюлозой, силикаты выступают активаторами разложения пероксида водорода . В присутствии солей жесткости пероксосиликаты натрия переходят в нерастворимые или в более устойчивые соединения Са и Наблюдаемое при этом повышение стабилизирующего действия силиката указывает на то, что с точки зрения стабилизации перекисных растворов, образование пероксосоединений является нежелательным процессом. Безусловно, активирующее действие силикатных стабилизаторов связано и с наличием в их составе щелочного агента. Щелочносиликатный модуль ЩМ, учитывающий соотношение стабилизирующего БЮ2 и активирующего компонентов изменяется для различных видов силикатов от 1 до 3. По мере увеличения ЩМ повышается доля стабилизирующей составляющей и структурированность соединений. Но не ясно, каков при этом раздельный вклад изменений состава и структуры силикатов в общий эффект повышения их стабилизирующей способности. Основополагающий структурный элемент всех силикатов силикатнокислородный полиэдр, состоящий из центрального атома кремния, вокруг которого тетраэдрично расположены четыре атома кислорода 3, 5,. Каждый атом кислорода имеет шесть собственных внешних электронов, четыре электрона отдает атом кремния. Поэтому каждому кислородному лиганду не хватает еще одного электрона до устойчивой октетной структуры.