ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования. В условиях рыночных отношений спрос на производимую текстильными предприятиями продукцию определяется комплексом требований, предъявляемых к ней со стороны потребителя. К таким основным требованиям можно отнести обеспечение высокого качества текстильной продукции при конкурентной стоимости, возможность заказа товара небольшими партиями по рентабельной стоимости с удовлетворяющими цветовыми характеристиками и др.
Повышение качества текстильной продукции при одновременном снижении удельных материальных и энергетических затрат на ее производство, выплат штрафных санкций за превышение ПДК в промышленных стоках, которые так же в конечном итоге включаются в стоимость текстильной продукции, является чрезвычайно актуальной проблемой текстильной науки и практики.
Применяемые в производстве технологии отделки текстильных материалов часто включают процессы крашения различными видами красителей и операции промывки в различных режимах, с разной температурой, и с добавлением моющих средств.
Одним из наиболее распространенных видов крашения тканей из целлюлозных волокон является сернистое крашение.
На сегодняшний день сернистые красители остаются одним из самых многотоннажных классов красителей. В мире используется ~ 330000 т красителей для крашения текстильных материалов из целлюлозных волокон в том числе: сернистых -100000 т, т.е. ~30%, и они занимают
-5-
первое место, опережая прямые (24%), кубовые (19%), активные (14%), нерастворимые азокрасители (8%) и пигменты (6%) .
Сернистый черный, дающий на текстильных материалах из целлюлозных волокон глубокий черный цвет - самый массовый среди всех красителей черного цвета, используемых в колорировании текстильных материалов в черный цвет.
Сернистые красители занимают столь важное место благодаря ниже приведенным факторам:
сами сернистые красители дешевы и технология ¦f^ крашения ими проста и дешева;
с помощью современных (новых выпускаемых форм) сернистых красителей можно получать окраску желтого, оранжевого, золотистого, красного, бордо, коричневого, синего и черного цветов;
устойчивость окраски к свету, стиркам и поту от удовлетворительной до хорошей.
Однако у сернистых красителей существуют и недостатки. Как показывает производственная практика в процессе сернистого крашения текстильных материалов в ^ настоящее время имеется необходимость в улучшении очистки сточных вод и уменьшении количества красителя, необходимого для получения той же интенсивности окраски за счет повышения степени окисления красителя перед процессом промывки. В настоящий момент в сернистом крашении текстильных материалов актуальным является вопрос интенсификации процесса промывки и очистки сточных вод после крашения, в которых велико содержание серосодержащих веществ.
-6-
Все это приводит к увеличению затрат на энергоресурсы, повышению удельных затрат красителей для окраски, увеличению штрафов за сброс загрязненных сточных вод, что в конечном итоге приводит к увеличению стоимости текстильной продукции и снижению ее конкурентоспособности.
Работа выполнялась в рамках тематики плана научно-исследовательских госбюджетных и хоздоговорных работ Ивановской государственной текстильной академии на 2002-2005 г.г.
Цель работы заключалась в повышении эффективности "fj технологического процесса крашения сернистыми красителями тканей из целлюлозных волокон за счет оптимизации состава красильного раствора, интенсификации отдельных технологических операций и повышении эффективности очистки сточных промывных вод.
Для достижения указанной цели и на основании анализа проведенного литературного обзора по современной технологии крашения сернистыми красителями и применению озона, как мощного окислителя, в работе поставлены и решены следующие научные и технические -f* задачи:
1. Изготовлена лабораторная установка для экспериментального исследования технологии крашения хлопчатобумажных тканей сернистыми красителями;
2. Экспериментально и аналитически изучено взаимовлияние отдельных компонентов красильного раствора и установлены оптимальные соотношения концентраций их с целью улучшения экологической
-Л
-7-
безопасности сернистого крашения, за счет снижения концентрации сульфида натрия;
3. Исследовано влияние различных способов интенсификации процесса пропитки ткани красильным раствором и равномерного перераспределения частиц красителя в структуре волокна;
4. Экспериментально оценена эффективность использования озона для интенсификации процесса окисления лейкосоединений кубовых и сернистых красителей, нанесенных на ткань;
5. Выявлена возможность использования озоно-воздушной смеси для очистки промывных вод после крашения кубовыми и сернистыми красителями с целью повторного использования очищенной воды в технологическом цикле;
6. Апробирована в лабораторных условиях технология интенсифицированного способа крашения хлопчатобумажных тканей сернистыми красителями, включающая: предварительное запаривание ткани перед пропиткой красильным раствором, введение в красильный раствор гидрофильных органических растворителей, обработку окрашенной ткани озоно-воздушной смесью с целью интенсификации процесса окисления лейкосоединения на волокне и использование отработанной озоно-воздушной смеси для очистки промывных сточных вод;
7. Разработана, изготовлена и апробирована модернизированная поточная линия ИКС - 140, узлы модернизации которой предусматривают возможность проведения в предлагаемой технологии сернистого крашения операций предварительного запаривания перед пропиткой, озонирования окрашенного текстильного
-8-
полотна и использования отработанной озоно-воздушной смеси для очистки сточных промывных вод;
Общая характеристика объектов и методов исследования.
Объектами исследования служили предварительно подготовленная к крашению хлопчатобумажная ткань - бязь арт. 262. и сернистые красители различных цветов.
Поставленные в работе задачи решены с использованием комплексного подхода, объединяющего методы теоретических и экспериментальных исследований: метод крашения хлопчатобумажной ткани по непрерывному плюсовочно-запарному способу; методы определения устойчивости окрасок к стирке, закрашиванию при сухом и мокром трении, к мокрому вытиранию; методы определения интенсивности окраски спектрофотометрическим методом на приборе Spekol - 11, по спектральным коэффициентам отражения (функции K/S - функции Гуревича - Кубелки -Мунка); метод определения равномерности окрашивания многократными измерениями коэффициентов отражения в различных участках окрашенной ткани.
Факторный эксперимент с одновременным варьированием всех факторов на двух уровнях осуществляли по плану, позволяющему оценивать линейные эффекты и эффекты взаимодействия факторов. Результаты эксперимента обрабатывались на компьютере по алгоритму регрессивного анализа с использованием стандартного пакета программ Microsoft Excel - 2000.
Дисперсии воспроизводимости опытов, их оценка по критерию Кохрена, величины коэффициентов уравнений регрессии, проверка их значимости по критерию Стьюдента и оценка адекватности моделей по критерию Фишера
-9-
рассчитывалась по стандартным формулам регрессионного анализа.
Научная новизна.
Наиболее существенные научные результаты, полученные при этом, следующие:
• На основании анализа известных окислительно-восстановительных потенциалов окислителей, применяемых для окисления лейкоформ кубовых и сернистых красителей, теоретически обоснована возможность эффективного использования озона в качестве окислителя лейкоформ кубовых и сернистых
fr красителей. Данный вывод подтвержден экспериментальными исследованиями по сравнительной оценке выбранных окислительных систем в технологии колорирования хлопчатобумажных тканей.
• Экспериментально доказано, что использование озоно-воздушной смеси при окислении способствует повышению интенсивности окраски сернистыми красителями на 15-20%, по сравнению с технологией окисления по традиционно принятой технологией сернистого крашения, а так же приводит к повышению
"^ на 1-1,5 балла устойчивости окраски ткани к сухому и мокрому трению и обработке горячими мыльными растворами.
• На основании полученных кинетических зависимостей остаточной концентрации красителя в сточной воде при ее барбатаже озоно-воздушной смесью предложена схема и технология очистки сточных вод, приводящая к уменьшению в ней концентраций серосодержащих и
-10-
{ других веществ до ПДК с одновременным
обесцвечиванием и дезодорацией.
Автор защищает:
• Регрессионную модель, которая устанавливает зависимость интенсивности окраски от совместного варьирования отдельных компонентов красильного раствора и взаимовлияния их на качественные показатели крашения;
• Конструкцию камеры для предварительного запаривания хлопчатобумажных тканей с высокими капиллярными
"'- свойствами (свидетельство на полезную модель №
23625);
• Технологию крашения сернистыми красителями текстильных тканей с интенсифицированными процессами пропитки, окисления красителя за счет введения дополнительной операции обработки текстильного полотна озоно-воздушной смесью (положительное решение на выдачу патента РФ по заявке №2004116625/12 от 31. 05. 2004), с одновременной обработкой озоно-воздушной смесью
' промывных сточных вод с целью их очистки.
Практическая значимость. Разработана конструкция озонатора для обработки ткани, окрашенной сернистым красителем и схема использования отработанной озоно-воздушной смеси для очистки сточных промывных вод от серосодержащих соединений. Разработана технология крашения сернистыми красителями текстильных тканей, основанная на интенсификации процесса окисления красителя на ткани за счет введения дополнительной
-11-
операции озонирования после процесса запаривания, что позволило более быстро и сильно закрепить краситель на ткани. Предложена, апробирована и внедрена схема использования отработанной озоно-воздушной смеси для очистки промывных сточных вод от серосодержащих соединений, что позволило снизить штрафы за сброс производственных стоков с превышенным ПДК.
Апробация работы. Материалы по теме диссертации доложены на следующих конференциях:
• межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (ПОИСК -2003), г. Иваново, ИГТА, 2003 г.;
• второй всероссийской научной студенческой конференции «ТЕКСТИЛЬ XXI века», г. Москва, МГТУ имени А. Н. Косыгина, 2004 г.;
• межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (ПОИСК -2004), г. Иваново, ИГТА, 2004 г.;
• международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (ПРОГРЕСС - 2004), г. Иваново, ИГТА, 2004 г.
• юбилейной 55-ой межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ - производству», г. Кострома, КГТУ, 2003 г.
-12-
;. Содержание представленных докладов отражено в тезисах вьшеперечисленных конференций.
Публикации. Основные результаты, выполненных исследований представлены 4 статьями, 5 тезисами докладов, 1 свидетельством РФ на полезную модель.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа содержит 125 страниц и состоит из введения, шести глав, выводов, библиографического списка из 109 наименований, приложений, заключения промышленных предприятий, свидетельство РФ на полезную модель. Диссертация содержит 14 таблиц и 12 рисунков.
-13-
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1 ОБЛАСТЬ ПРАКТИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СЕРНИСТЫХ КРАСИТЕЛЕЙ. ОСОБЕННОСТИ ИХ СТРУКТУРЫ, СВОЙСТВ, МЕХАНИЗМ ФИКСАЦИИ НА ВОЛОКНЕ.
Сернистые красители до настоящего времени занимают ведущее место в крашении текстильных материалов из целлюлозных волокон. Это обусловлено дешевизной данного типа красящих веществ, сравнительной несложностью технологического процесса крашения и относительной ^; простотой его аппаратного оформления.
Сернистые красители, несмотря на расширение производства красителей других классов, до настоящего времени занимают по объему применения первое место в мире. Сохранят они свое значение и в будущем по причине высокой экономичности и устойчивости окрасок к мокрым обработкам. В частности краситель сернистый черный является самым экономичным и самым прочным среди черных красителей всех классов, используемых для крашения целлюлозных волокон.
-i> Сернистые красители доминируют в крашении сурового хлопка в волокне. В непрерывно действующем хлопкокрасильном аппарате окрашивать хлопковое волокно никакими другими классами красителей, кроме сернистых, невозможно. Этим объясняется их широкое использование в меланжевом производстве.
В трикотажной промышленности сернистые красители применяют в основном для крашения пряжи, предназначенной для изготовления пестровязаных изделий
-14-
(например, тельняшек). Они могут быть использованы также для крашения хлопчатобумажных трикотажных полотен для пошива дешевых спортивных изделий.
Сернистые красители широко используют и при крашении тканей из целлюлозных волокон, особенно в темные тона (синие, зеленые, коричневые, черные). Сочетание процесса крашения ими с накладной печатью пигментами (белыми, блестящими, перламутровыми) позволяет значительно обогатить художественно-колористическое оформление набивных тканей из целлюлозных волокон.
Интерес к сернистым красителям в последнее время возрос в связи с выпуском их в удобной жидкой форме, готовой к употреблению и не требующий предварительного восстановления. Они до настоящего времени занимают одно из ведущих мест среди красителей и постепенно вытесняют кубовые и даже активные красители, которым уступают по яркости окрасок. В настоящее время их используют не только в крашении традиционного для них ассортимента (подкладочные ткани, армейское обмундирование), но и джинсовых тканей, спортивного трикотажа, мужских сорочек и др.
К достоинствам сернистых красителей следует отнести их сравнительную дешевизну, несложность технологии крашения, устойчивость окрасок к свету, стиркам и поту, от удовлетворительной до хорошей.
Сейчас считают, что сернистые красители - это класс красителей, обеспечивающий достаточно широкий цветовой охват, хорошую устойчивость окраски и удобство применения водорастворимых форм [1].
-15-
Все это объясняет неисчезающий интерес к сернистым красителям в мировой практике текстильного производства.
Наряду с достоинствами, сернистые красители имеют существенные недостатки [1-3]:
• Невысокую яркость (приглушенность) окраски;
• Низкую устойчивость окрасок к мокрому трению и вытиранию;
• Очень низкую устойчивость (1-2 балла) к гипохлоритному белению;
• Высокую щелочность красильной ванны, ' затрудняющую процесс промывки;
• Неприятный запах, выделяющегося непосредственно при крашении сероводорода и загрязнение сточных вод серосодержащими восстановителями;
• Высокий расход красителей, большие потери их с промывными водами.
Указанные недостатки снижают конкурентно способность сернистых красителей в сравнении с красителями других классов. В то же время эти красители экономически выгодны, особенно при крашении в темные насыщенные тона, а недостатки могут быть устранены совершенствованием технологии крашения, пути интенсификации которой далеко не исчерпаны. Это позволит возродить интерес к сернистым красителям в хлопчатобумажной и трикотажной промышленности, где есть проблемы прочного крашения в черный и другие темные тона, и при крашении сурового хлопка в волокне в меланжевом производстве.
-16-
Чтобы определить основные направления устранения недостатков сернистого крашения необходимо проанализировать особенности химического строения сернистых красителей и механизм фиксации их на волокне.
Химическое строение сернистых красителей точно не определено, поскольку попытки выделить их в чистом виде оказались безуспешны. Известно [4-6], что черные, синие и зеленые сернистые красители являются в основном производными тиазина, желтые, коричневые и оранжевые -производными тиазола, а красно-коричневые марки содержат азиновые кольца. Некоторые сернистые красители содержат тиантреновые и бензтиазоловые кольца.
тиазол
тиантрен
I
Кроме того, было выяснено, что молекулы сернистых красителей имеют в своем составе сульфгидридные (-SH), дисульфидные (-S-S-), сульфоксидные (-S-) и некоторые
О
другие серосодержащие группы. Комбинация этих элементов лежит в основе структуры сернистых красителей, представляющих собой нерастворимые в воде вещества с большой молекулярной массой.
Установлено, что молекулы сернистых красителей состоят из нескольких хромофорных систем (R) , соединенных мостиковой дисульфидной связью. Поэтому в
-17-

 Часть из работы     Получить работу