Использование токов СВЧ в процессах фиксации красителей

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

«Ивановская государственная текстильная академия»

(ИГТА)

Кафедра Системного анализа 
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат

на тему: «Использование токов СВЧ в процессах фиксации красителей»  
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил  В.Ф.Смирнов

Студент группы 2м3

Руководитель  Кузнецов В.Б  

    
 
 
 

Иваново 2011 

Фиксация красителей волокнистыми материалами осуществляется в процессе нагрева материала  за счет присутствия в волокне  полярного соединения, которое поглощает  электромагнитную энергию и тем самым обеспечивает разогрев материала до температуры кипения полярного вещества. При обработке тканей из гидрофильных волокон таким реагентом является вода, пластифицирующая полимер и обеспечивающая эффективный разогрев волокна и его окрашивание при температуре 100 °С. В качестве примера можно привести способ крашения текстильных материалов активными красителями , согласно которому отбеленную хлопчатобумажную ткань плюсуют водным раствором красителя, после чего ткань отжимают и во влажном виде подвергают воздействию ВЧ излучения с частотой 36 МГц в течение 45 с. После промывки ткани получают окраску, отличающуюся высокой равномерностью и прочностью к свету и мокрым обработкам.

     Предложен ряд способов фиксации красителей на тканях из гидрофобных синтетических волокон. Отличительным признаком данной группы способов является то, что в качестве полярного компонента используются органические соединения, например, мочевина, или высококипящие органические растворители, частично или полностью заменяющие воду в красящем составе. Так, в способе крашения полиэфирных волокон или смеси их с другими волокнами красильный состав содержит хотя бы один органический растворитель, имеющий высокий коэффициент ди электрических потерь, температуру кипения от 120 °С и не превышающую температуру плавления полиэфира или других волокон. Конкретно, в качестве таких растворителей рекомендуют применять глицерин, этилен и пропиленгликоль, диметил и диэтилсульфоксид, диметил

и диэтилформамид, бензиловый спирт, нитробензол и др.

      Многочисленные исследования, проведенные как у нас, так и за рубежом, показали, что высокочастотный нагрев может быть с успехом использован в крашении текстильных материалов для интенсификации процесса фиксации красителей волокном как в непрерывных, так и в периодических способах обработки.В условиях периодического способа крашения синтетических волокон переменное электромагнитное поле при наложении на красильный раствор и окрашиваемое волокно оказывает активирующее действие на процесс фиксации дисперсных красителей. Выявлено, что переменное электрическое поле при воздействии его на красильный раствор оказывает диспергирующее воздействие на суспензию красителя, обеспечивая постоянную степень дисперсности красителя в течение всего процесса крашения без введения диспергирующих веществ и без дополнительного расхода тепловой или механической энергии для перемешивания. При этом скорость растворения дисперсных красителей в воде возрастает более чем в 20 раз, что приводит к увеличению растворимости до значений, вполне приемлемых для ведения процесса крашения при температуре ни-

же 100 °С . Установлено, что при наличии электрического поля сорбция дисперсных красителей полиэфирным волокном возрастает в 4,5 раза при температуре крашения 80° С без добавления диспергатора. 

В Ивановском научно-исследовательском  институте хлопчатобумажной промышленности (ИвНИТИ) проведено всестороннее исследование процесса фиксации активных красителей хлопчатобумажной тканью в условиях совмещения операций сушки ткани и фиксации красителей прикомбинированной обработке горячим воздухом и микроволновым излучением. В этом случае важное значение имеет информация об особенно 60стях процесса сушки ткани в условиях микроволнового нагрева .Известно, что одним из основных компонентов, обеспечивающих фиксацию активных красителей при крашении по термофиксационному способу, является мочевина. Она, являясь полярным диэлектриком, интенсивно взаимодействует с СВЧ энергией и, следовательно, может оказывать значительное влияние на скорость сушки ткани при воздействии микроволн 
 
 
 
 

Рис. 1. Кинетика микроволновой

сушки хлопчатобумажной ткани:

1, 3 — вода; 2, 4 — мочевина;

1, 2 — СВЧ  нагрев; 3, 4 — термообработка 

На рис. 1 приведены кинетические кривые изменения влагосо держания хлопчатобумажной ткани, пропитанной 20 % раствором мочевины и водой, при воздействии СВЧ энергии мощностью 0,5 КВт и горячего воздуха при температуре 200 °С. Из графика видно, что при обработке горячим воздухом влияние мочевины проявляется в снижении скорости удаления влаги из материала. Это объясняется тем, что мочевина, являясь гигроскопическим компонентом, в данном случае препятствует испарению влаги из материала.

Иная картина  наблюдается примикроволновой обработке. Как видно, положительное влияние мочевины на кинетику сушки ткани весьма заметно. Причем, следует обратить внимание на тот факт, что присутствие в волокне мочевины обеспечивает значительное сокращение так называемого второго этапа сушки ткани (при влажности < 20 %), когда из волокна идет удаление капилляр но связанной влаги. Сравнение показывает, что обезвоживание ткани до 10 % влажности в присутствие мочевины достигается менее чем за 2 мин., в то время как при ее отсутствии длительность аналогичного процесса составляет порядка 4 мин. Это, очевидно, связано с тем, что по мере испарения из волокна воды преобладающий вклад в поглощение СВЧ энергии вносит мочевина, находящаяся на ткани в виде концентрированного раствора. Исследования показали, что ри увеличении концентрации мочевины с 0 до 200 г/л скорость микроволновой сушки хлопчатобумажной ткани возрастает приблизительно в 10 раз.Изучен процесс фиксации активных красителей лопчатобумажной тканью в условиях комбинированного воздействия СВЧ излучения и горячего воздуха . Образцы хлопчатобумажной ткани плюсовались красильным составом, содержащим (г/л) активный краситель — 15, бикарбонат Na — 15 и мочевину — 100, и во влажном виде подвергались конвективно-микроволновой обработке на лабораторной СВЧ установке меандрового типа, снабженной двумя магнетронами мощностью 0,5 КВт с частотой 2450 МГц. 

Рис. 2. Влияние обработки СВЧ излу-

чением на эффективность фиксации

активных  красителей:

1, 3 —  мощность 1 КВт; 2, 4 — 0,5 КВт;

1, 2 —  ярко—красный 6С; 3, 4 — бордо 4СТ 

На графике (рис. 2) отражено влияние СВЧ излучения с различными уровнями мощности на увеличение степени фиксации, определенное как разница между фиксацией активного красителя хлопком при совместном воздействии горячего воздуха (110 °С) и СВЧ излучения и термофиксацией красителя без СВЧ излучения. Длительность обработки тканигорячим воздухом была постоянной и равнялась 8 мин., а время

воздействия СВЧ  энергии составляло соответственно 2, 4, 6 и 8 мин. Комментируя опытные данные, можно отметить следующее. В первые две минуты обработки прирост фиксации красителей незначителен (3—14 %). Более продолжительное воздействие микроволн на текстильный материал (4—6 мин.) в зависимости от мощности излучения позволяет увеличить степень фиксации активных красителей яркокрасного 6С на 13—27 % и бордо 4СТ — на 11—14 %. На определенном этапе обработки степень фиксации красителей перестает зависеть от длительности СВЧ воздействия. При увеличении времени СВЧ воздействия с 6 до 8 мин дальнейшего повышения степени фиксации практически не происходит. Из полученных данных можно сделать вывод, что СВЧ излучение дает более выраженный эффект активации процесса фиксации для

менее реакционного монохлортриазинового красителя (ярко-красный 6С) по сравнению с инилсульфоновым красителем (бордо 4СТ) со средней реакционной способностью. По данным рис. 28 интересно проследить кинетику микроволновой фиксации красителей (кривая 1— бордо 4СТ, кривая 2 — ярко-красный 6С) на фоне процесса сушки ткани (кривая 3). Из представленного графика видно, что интенсивная фиксация красителей начинается не ранее, чем через две минуты обработки, когда завершается процесс сушки и

влажность ткани  составляет менее 10 %. 
 

Изучена фиксация активного красителя с помощью  ВЧ нагревания длительностью от 4 до 72 с. Поглощение энергии материалом при этом составляло 0,6—4,2 КВт. Параллельно проведена фиксация в сушильной машине "Benz" при температуре 120 оС в течение 20—120 с. Исследования показали, что интенсивность окраски была одинаковой или выше в

случае использования ВЧ нагрева. Он позволяет получить самую высокую степень фиксации даже за очень короткий промежуток времени (4 с) обработки, хотя ткань еще не высушена до кондиционной влажности. При фиксации на сушильной машине максимальная интенсивность окраски получается только на полностью высушенной ткани, что достигается в течение 40 с.

В Ивановском НИЭКМИ проведены поисковые изыскания по созданию ВЧ способа фиксации активных и дисперсных красителей на тканях из хлопка и лавсанового волокна. Исследования проводились с использованием полупромышленной ВЧ установки непрерывного действия, оснащенной генератором мощностью 12 КВт и с частотой 27,12 МГц. 
 

 

Подробное исследование применения ВЧ нагрева для фиксации активных красителей на хлопчатобумажной ткани по непрерывному способу предпринято в работе . ВЧ обработку проводили на установке фирмы "Strayfield International" с мощностью генератора 10,4 КВт с частотой 27,12 МГц. Параллельно для сравнения проводили крашение на оборудовании фирмы "Benz" с воздушной сушильной машиной. Изучена фиксация активного красителя с помощью ВЧ нагревания длительностью от 4 до 72 с. Поглощение энергии материалом при этом составляло 0,6—4,2 КВт. Параллельно проведена фиксация в сушильной машине "Benz" при температуре 120 оС в течение 20—120 с. Исследования показали, что интенсивность окраски была одинаковой или выше в случае использования ВЧ нагрева. Он позволяет получить самую высокую степень фиксации даже за очень короткий промежуток времени (4 с) обработки, хотя ткань еще не высушена до кондиционной влажности. При фиксации на сушильной машине максимальная интенсивность окраски

получается только на полностью высушенной ткани, что  достигается в

течение 40 с .

Изучили влияние  основных компонентов красильного состава на кинетику фиксации активного красителя с низкой реакционной способностью (монохлортриазиновый ярко-красный 6С), для которого в условиях обычных способов фиксации обязательно требуется предварительная сушка, а фиксация осуществляется при достаточно жестких температурных параметрах.

 

                        Рис. 3. Зависимость интенсивности окраски

                        ткани от концентрации гидроксида натрия и

                        мочевины. 

На рис. 3 в графическом виде представлена зависимость интенсивности окраски хлопчатобумажной ткани саржа от концентрации мочевины и щелочного агента. Как видно, с ростом концентрации мочевины интенсивность окраски ткани заметно возрастает. В этой связи можно отметить следующее. Как известно, механизм действия мочевины в процессах запарной и термической фиксации активных красителей различен. Так, в запарных способах крашения с ростом концентрации мочевины степень фиксации красителей снижается, в термических же способах — увеличивается . Исходя из этого можно заключить, что условия ВЧ нагрева ткани в данном случае ближе к термической технологии фиксации активных красителей, чем к запарной. Обращает на себя внимание также тот факт, что с ростом концентрации мочевины влияние щелочного агента на выход красителя заметно увеличивается. Другими словами, можно сделать вывод о взаимном усиливающем влиянии мочевины и щелочного агента на фиксацию активного красителя хлопком. Технические результаты фиксации активных красителей по ВЧ технологии, а также при использовании запарной обработки представлены в таблице