Подготовка тканей

               R                R₁            R₂

  -HN-C-CONH-C-CONH-C-CO-... + n NaOH

               H                H             H

                               R                            R₁                             R₂

                      H₂N-C-COONa + H₂N-C-COONa + H₂N-C-COONa

                                H                            H                              H

Пектиновые  вещества переходят в раствор  вследствие разрушения части глюкозидных  связей между отдельными звеньями в  цепи их макромолекул и снижения степени  полимеризации пектиновой кислоты. Под действием едкого натра происходит гидролиз сложных эфирных группировок у шестого углеродного атома с образование натриевых солей по схеме: 

      Едкий натр также оказывает благоприятное  влияние на набухание лигнина  и извлечение его из ткани.

      Силикат натрия включают в варочную жидкость, чтобы повысить эффективность ее экстракционного и моющего действия и предотвратить образование на отвариваемом материале осадков окислов и солей тяжелых металлов (ржавых пятен). Силикат натрия адсорбирует продукты распада естественных спутников целлюлозы и тем самым устраняет возможность обратного осаждения их на волокно. Соли жесткости воды при попадании в щелочной варочный раствор превращаются в гидраты окислов металлов, и образуют очень устойчивые коллоидные гидрозоли, силикат превращает их в грубодисперсные частицы, которые не адсорбируются волокном, а на стадии промывки вымываются из ткани.

      Бисульфит натрия выполняет две функции: защищает целлюлозу от окисляющего действия кислорода воздуха и, сульфитируя  лигнин, способствует его переходу из ткани в раствор.

      Схема окисления целлюлозы кислородом воздуха в щелочной среде выглядит следующим образом:

      Первоначально кислород отрывает атом водорода при  углеродном атоме в положение 2 или 3 ангидроглюкозных звеньев и образует радикал I, который превращается в гидроперекисное соединение II и далее в кетон III. Наличие бисульфита натрия исключает описанное действие кислорода воздуха на целлюлозное волокно, так как бисульфит быстрее реагирует с кислородом и полностью его связывает: 2NaHSO₃ + O₂   → 2NaHSO₄

      Сульфитирующее  действие сульфита натрия на фрагмент структуры лигнина осуществляется по схеме: 

      Введение  сульфогрупп в молекулу лигнина  резко увеличивает его растворимость в щелочной среде.

      Для удаления из ткани воскообразного вещества в варочный раствор вводят поверхностно-активные препараты. Под их влиянием расплавленное  воскообразное вещество будет постепенно превращаться в шаровую микрокаплю, удерживаемую поверхностью волокна в одной точке. При промывке ткани горячей водой микрокапли будут отрываться от поверхности ткани, и переходить в раствор.

      Промежуточной операцией после промывки отваренной ткани является операция кисловки. Цель кисловки – удаление с ткани известковых пятен и разводов, причиной образования которых являются соли жесткости воды. Операцию растворения СаСО₃ и МgСО₃ проводят растворами серной кислоты в условиях, исключающих повреждение целлюлозы.

СаСО₃ + H₂SO₄ → CaSO₄ + H₂O + CO₂

      Таким образом, нерастворимые соли переходят  в растворимые, и удаляются с ткани при промывке водой.  

Беление пероксидом водорода

 

      Пероксид водорода Н₂О₂ является основным белителем в текстильной промышленности. Более 80% текстильных материалов отбеливают с применением пероксида водорода, который в силу ряда преимуществ перед гипохлоритом натрия (NаСlO) вытеснил его из практики отбелки.          Основные достоинства пероксида водорода:

           1. Никаких побочных продуктов  в реакциях разложения Н₂О₂, кроме воды, и О₂ не образуется.

          2. Возможность контроля и регулирования  реакций Н₂О_2.

          3. Хорошая растворимость в воде  и в органических растворителях.

          4. Отсутствие коррозии аппаратуры.

           5.Обеспечение высокой и устойчивой  белизны при умеренном (допустимом) повреждении волокон.

          6. Технологическая универсальность,  т.е. возможность использования  в непрерывных, периодических,  полунепрерывных методах для текстильных материалов из природных и некоторых видов химических волокон.

      7. Широкое промышленное производство  и доступность в цене.

      Перекись  водорода – слабая кислота. Кислотность  ее сравнима с кислотностью воды, диссоциация на ионы проходит по уравнению:

Н₂О₂ ↔ Н⁺ + НО₂^-

      НО₂^- ↔ Н⁺ +О₂ ^2-

            В щелочной среде процесс диссоциации усиливается и раствор обогащается пергидроксилионами НО₂^- с образованием воды по схеме:

Н₂О₂ + ОН^- → Н₂О + НО₂ ^-

      Пергидроксилионы  менее стабильны и конечным продуктом  их разложения является молекулярный кислород: 2НО₂^-  → 2ОН^- + О₂.

      Наибольшую  устойчивость перекись водорода проявляет  в нейтральной, и особенно, в слабокислых средах. Для эффективного процесса беления реакция разложения перекиси водорода нежелательна: она не только не обеспечивает ткани нужной степени белизны, но и приводит в основном к деструкции волокна. Окрашенные соединения разрушаются в результате окислительного воздействия на них пергидроксилионов. Химизм разрушения окрашенных спутников по системе сопряженных двойных связей представлен схемой:

                                         │                         │

                                  H ─С                   H─C

                                         ║ + HO₂^- →        │  O+ OH^-

                                  H ─С                   H─C

                                         │                         │ 

Для усиления диссоциации перекиси водорода и  повышения концентрации пергидроксилионов в растворе необходимо увеличить щелочность среды. Однако в этом случае снижается устойчивость перекиси водорода. Поэтому в состав щелочных перекисных растворов вводят силикат натрия, как стабилизатор. Для объяснения стабилизирующего действия силиката натрия существует  несколько различных предположений. Согласно одному из них стабилизирующий эффект силиката натрия объясняется наличием в белящем растворе высокодисперсного геля кремневой кислоты, образующегося в результате реакции гидролиза: 

Na₂SiO₃ + H₂O  ↔ H₂SiO₃ + 2NaOH 

      Коллоидные  дисперсии кремнегеля, строение которых  можно представить формулой   {m[SiO₂]_nSi^2- × 2(n-x)H⁺}2xH⁺, обладают развитой поверхностью и характеризуются очень высокой адсорбционной способностью по отношению к ионам тяжелых металлов. Адсорбируя ионы тяжелых металлов, коллоидные частицы силиката натрия переводят их в неактивное состояние и тем самым подавляют каталитическую реакцию разложения перекиси водорода. Каталитическую реакцию разложения перекиси водорода под влиянием ионов железа можно представить следующим образом:

Fe²⁺ + H₂O₂   →   Fe³⁺ + ×OH + ^-OH

Fe²⁺ + ×OH   →   Fe³⁺ + OH^-

H₂O₂ + ×OH   →   ×O₂Н + H₂O

Fe³⁺ + HO₂×   →   Fe²⁺ + H⁺ + O₂

      Согласно  другому предположению стабилизирующая  роль силиката натрия объясняется тем, что он, связывая свободные радикалы, образующиеся при разложении перекиси водорода, прекращает дальнейшую цепную реакцию ее распада. Взаимодействие свободных радикалов с силикатом натрия приводит к образованию пероксосиликатов, например таких, как Na₂SiO₄ или Na₂SiO₅. 

Na₂SiO₃ + ×O₂H → Na₂SiO₅

Na₂SiO₃ + ×OH   →   Na₂SiO

         Пероксосиликаты являются очень  активными кислородоотдающими окислителями  и могут деструктировать молекулы  целлюлозы даже сильнее, чем  сама нестабилизированная перекись  водорода. Этого не происходит  потому, что в жесткой воде, используемой для приготовления белящих растворов, всегда содержатся ионы кальция и магния. Пероксосиликаты образуют с ними труднорастворимые соли, которые находятся в растворе в виде высокодисперсной суспензии, и в такой форме не оказывает окисляющего действия на целлюлозу.

    Мочевина, входящая в состав белящего раствора, способствует образованию промежуточного продукта – пероксигидрата мочевины CO(NH₂)₂H₂O₂, обладающего высокой белящей способностью за счет выделения свободного пероксида водорода:

                             H₂N           OH                            NH₂

                                      C                                                 C=O  +  H₂O₂

                              H₂N          O-OH                       NH₂

    Таким образом, мочевина выполняет функции  стабилизатора перекисных растворов. Причем ткани, отбеленные в присутствии карбамида, имеют более высокую белизну, капиллярность и разрывную нагрузку, чем обработанные в отсутствие карбамида, но при более высоком содержании отбеливающего реагента.

      Обработку тканей необходимо производить в  расправленном виде, что позволяет  избежать заломов, складок и других дефектов. Через машины и аппараты такие ткани должны проходить  без избыточного натяжения, так  как в водной среде они теряют часть своей исходной прочности  и становятся пластичными при  повышенных температурах обработки. Проявление вискозными волокнами термопластических свойств обуславливает повышенную склонность тканей к образованию заломов.

     Обработку тканей необходимо производить в  расправленном виде, что позволяет  избежать заломов, складок и других дефектов. Через машины и аппараты такие ткани должны проходить без избыточного натяжения, так как в водной среде они теряют часть своей исходной прочности и становятся пластичными при повышенных температурах обработки. Проявление вискозными волокнами термопластических свойств обуславливает повышенную склонность тканей к образованию заломов.

Мерсеризация

 

     Если  беление является важной стадией, то мерсеризация может осуществляться не для всех тканей, поскольку операция очень дорогая. Мерсеризация обязательна для плательных тканей, поскольку повышает запас прочности, а для хлопко-полиэфирных снижается пиллинговый эффект.

     Текстильные материалы, выработанные из смеси хлопкового волокна и синтетики, мерсеризуют в таких условиях, которые исключали бы разрушение синтетических волокон под действием концентрированной щелочи.

     Обработка хлопкового волокна в концентрированном  растворе щелочи под натяжением приводит к тому, что волокно теряет извитость, поперечное сечение его становится круглым, а канал почти исчезает, приобретая вид узкой щели, поверхность волокна распрямляется, разглаживается и в результате направленного отражения падающего света появляется блеск, присущий мерсеризованному волокну. Мерсеризация хлопкового волокна сопровождается превращением исходной кристаллической целлюлозы I  в целлюлозу II. При использовании концентрированных растворов щелочей образуется новое химическое соединение-щелочная целлюлоза. Это соединение весьма неустойчивое, при обработке водой  она легко гидролизуется с образованием исходной целлюлозы, которая, однако, отличается от исходной физико-химическими свойствами.