авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |

«РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ХИМИИ РАСТВОРОВ В. С. Побединский АКТИВИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОТДЕЛКИ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ...»

-- [ Страница 2 ] --

Табл. 14. Интенсивность окраски хлопчатобумажной ткани, окрашенной активными красителями по плюсовочно-накатному способу Степень изменения Активный Интенсивность окраски первоначальной окраски краситель (K/S) после стирки, % Sumifix Supra "холодный" "горячий" "холодный" "горячий" Yellow 3 GF 11,1 10,7 98 Yellow 3 RF 11,6 13,1 98 Red GF 16,0 17,3 94 Red 3BF 16,7 16,7 97 Blue BRF 9,2 9,2 92 Navy BF 18,3 19,5 98 Примечание. Параметры ВЧ нагрева — частота 100 МГц, мощность — 5 КВт.

Из представленных данных следует, что многократное сокращение продолжительности обработки не сказывается отрицательно на качест венных показателях окраски. Так, интенсивность окраски ткани и ее ус тойчивость к воздействию стирки при использовании ВЧ нагрева нахо дятся на уровне или превышают показатели, соответствующие крашению без активации ВЧ полем.

Для того, чтобы читателю была понятна логика последующего изло жения материалов настоящей главы, следует отметить, что акцент в даль нейшем будет сделан на освещение результатов исследований, касаю щихся применения диэлектрического нагрева для интенсификации про цессов фиксации активных красителей хлопком и дисперсных красителей полиэфирным (лавсановым) волокном. Основанием для этого является то, что именно к указанным направлениям привлечено наибольшее внимание исследователей [63].

Следует вновь отметить важную роль электролитов, которые играют в процессе ВЧ нагрева текстильных материалов, в частности, на стадии фиксации красителей. Используя данные исследования [71], продемонст рируем влияние на эффективность ВЧ нагрева различных электролитов и самих красителей, содержащихся в водном красильном растворе (табл. 15).

Из данных таблицы следует, что влияние электролитов настолько существенно, что переход от дистиллированной к технической воде приводит к возрастанию скорости ВЧ нагрева ткани в 4 раза, а введение хлорида или гидроксида натрия в количестве 0,25 г/л обуславливает рост скорости нагрева по сравнению с дистиллятом уже более чем в 40 раз.

Измерение интенсивности поглощения ВЧ энергии показало, что ее значение для водно-солевого раствора, содержащего 12,5 г/л хлорида натрия, в 800 раз больше, чем для дистиллированной воды. Таким образом, одним из факторов повышения эффективности процессов ВЧ фиксации красителей является введение в красильный состав электролита.

Сделанный вывод согласуется с результатами исследований, выполненных в ИГХТУ [72].

Табл. 15. Влияние электролитов на скорость ВЧ нагрева хлопчатобумажной ткани Скорость нагрева (оС/мин) при расстоянии Проводимость, МОм (10-1) Электролит, г/л между электродами, см 2,5 4 Дистиллированная вода 0,003 2 — — Техническая вода 0,15 8,5 — — Хлорид натрия: 0,25 0,49 89 16,5 2,5 4,79 — 40 12,5 21,2 — — Гидроксид натрия: 0,25 1,4 95 53 — 2,5 6,78 — 85 12,5 57,8 — — Раствор красителя: основного 1,8 — 22 кислотного 6,0 — 67 хромового 14,0 — 116 Не маловажным является тот факт, что, как видно из таблицы, наличие красителей в растворе дает увеличение проводимости по сравнению с технической водой в 10-90 раз, и, как следствие, возрастание скорости ВЧ нагрева более чем в 10 раз. При изучении скорости сушки было установ лено, что хлопчатобумажная ткань со средней поверхностной плотно стью, пропитанная раствором с обычным для крашения активными краси телями составом, высыхает при использовании ВЧ нагрева в течение 6 с, в то время как при использовании конвективной сушильной машины при температуре 120 оС необходимо 40—60 с.

Подробное исследование применения ВЧ нагрева для фиксации актив ных красителей на хлопчатобумажной ткани по непрерывному способу предпринято в работе [73]. 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 оборудо вании 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. Исследова ния показали, что интенсивность окраски была одинаковой или выше в случае использования ВЧ нагрева. Он позволяет получить самую высо кую 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 [73].

В Ивановском НИЭКМИ проведены поисковые изыскания по созда нию ВЧ способа фиксации активных и дисперсных красителей на тканях из хлопка и лавсанового волокна [74]. Исследования проводились с ис пользованием полупромышленной ВЧ установки непрерывного действия, оснащенной генератором мощностью 12 КВт и с частотой 27,12 МГц [75].

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

Рис. 21. Зависимость интенсивности окраски На рис. 21 в графическом виде ткани от концентрации гидроксида натрия и представлена зависимость интен мочевины.

сивности окраски хлопчатобумаж ной 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 извест но, механизм действия мочевины в процессах запарной и термической фиксации активных красителей различен. Так, в запарных способах кра шения с ростом концентрации мочевины степень фиксации красителей снижается, в термических же способах — увеличивается [76]. 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 кон центрации мочевины влияние щелочного агента на выход красителя за метно увеличивается. Другими словами, можно сделать вывод о взаимном усиливающем влиянии мочевины и щелочного агента на фиксацию ак тивного красителя хлопком. Технические результаты фиксации активных красителей по ВЧ технологии, а также при использовании запарной обра ботки представлены в табл. 16.

Табл. 16. Результаты фиксации активных и дисперсных красителей на тканях из хлопка и лавсанового волокна Ткань Время Интенсивность Способ обработки Краситель обработки окраски (K/S) Хлопчатобумажная ВЧ нагрев влажной 8с 8, ткани, 100 оС саржа Активный ярко- Запаривание сухой 5 мин 7, ткани, 100 оС красный 6С Лавсановая подкла- ВЧ нагрев влажной 8с 8, ткани, 100 оС дочная Дисперсный ярко- Термообработка 2 мин 6, сухой ткани, 180 оС розовый Хлопколавсановая ВЧ нагрев влажной 8с 13, ткани, 100 0С сорочечная Активный + Термообработка 2 мин 12, сухой ткани, 180 оС Дисперсный Из таблицы следует, что ВЧ способ обеспечивает не только сокраще ние длительности фиксирующей обработки с 2—5 мин до 8 с, но и со вмещение в одну стадию операций сушки ткани и фиксации красителей.

При этом достигается более высокая интенсивность окраски хлопчатобу мажной ткани. Можно также отметить, что представленные результаты ВЧ фиксации активных красителей согласуются с данными [77], получен ными в ИГХТУ.

Многократное ускорение процесса фиксации активных красителей в условиях диэлектрического нагрева можно объяснить, с одной стороны, увеличением скорости диффузии красителя в волокнообразующий поли мер [78, 79]. С другой стороны, нельзя полностью исключить повышения реакционной способности активных красителей под воздействием элек тромагнитной энергии вследствие дипольной поляризации молекул кра сителя.

На примере крашения хлопколавсановой ткани (табл. 16) перейдем к рассмотрению возможности применения ВЧ нагрева для фиксации дис персных красителей полиэфирным волокном, которое, в отличие от хлоп ка требует более жестких условий фиксирующей обработки. Из данных таблицы следует, что ВЧ нагрев является достаточно эффективным для ускорения процесса фиксации дисперсного красителя. Так, ВЧ способ по сравнению с нагревом горячим воздухом обеспечивает сокращение про должительности фиксации дисперсных красителей на лавсановой ткани более чем в 10 раз и заметное повышение интенсивности окраски. И это при том, что ВЧ обработке подвергалась влажная ткань без промежуточ ной сушки.

Полезная информация для обоснования механизма интенсифицирую щего действия ВЧ нагрева на процесс фиксации дисперсных красителей полиэфирным волокном содержится в работе [80]. Опытные данные, на основании которых можно оценить влияние условий ВЧ нагрева на ре зультаты фиксации дисперсного красителя Terasil Red X-3G полиэфир ным волокном, приведены в табл. 17.

Табл. 17. Крашение полиэфирного волокна дисперсными красителями в условиях ВЧ нагрева температура во Максимальная Полное время Время нагрева Мочевина, г/л обработки, с красителя, % волокна до Условия фиксации локна, оС Степень 100 оС нагрева волокна в ВЧ поле мокроотжатое, 0 300 60 100 10— в виде ленты мокроотжатое, 100 135 50 155 96, в виде клубка высушенное, 100 240 195 155 94, в виде клубка Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что ВЧ фиксация дисперсных красителей полиэфирным волокном малоэффективна без ис пользования полярных органических соединений типа мочевины. При этом, лучшие результаты достигаются при ВЧ нагреве влажного волокна в "массе" в виде клубка.

На основании дифференцированной оценки влияния различных фак торов на процесс фиксации полиэфирным волокном дисперсных красите лей в ВЧ поле установлено [81], что весомый вклад в ускорение фиксации красителей вносит само электромагнитное излучение. Для его количест венной оценки проведен следующий сравнительный эксперимент. Пропи танное красильным раствором и предварительно высушенное полиэфир ное волокно, содержащее 5 % мочевины, нагревали ВЧ энергией в тече ние 10 мин. Максимальная температура, которую волокно достигало в этих условиях, составляло 127 оС, а степень фиксации красителя — 65 %.

Для того, чтобы определить вклад только тепловой энергии в эффект фиксации, идентичный образец волокна обрабатывали в среде горячего воздуха в течение 10 мин при 127 оС. При этом степень фиксации соста вила 13 %. Это позволило авторам анализируемой работы сделать вывод, что на долю ВЧ энергии приходится остальные 52 %.

Существенное влияние на фиксацию дисперсных красителей в услови ях диэлектрического нагрева оказывает полярность красителей, характе ризуемая дипольным моментом [82]. С этой позиции представляет инте рес оценить эффективность различных вариантов ВЧ обработки:

1. ВЧ нагрев влажного волокна.

2. ВЧ нагрев предварительно высушенного волокна в паровой среде.

3. ВЧ нагрев высушенного волокна без запаривания.

4. ВЧ нагрев высушенного волокна без запаривания при содержании в волокне мочевины в количестве 5 %.

5. Обработка волокна насыщенным водяным паром в течение 60 с.

6. Термообработка горячим воздухом при температуре 180 оС в тече ние 60 с.

Табл. 18. Влияние на степень фиксации дисперсных красителей полиэфирным волокном полярности красителей и способа обработки Диполь- Степень фиксации (%) при обработке по варианту:

ный Марка Максимальная момент красителя 1 2 3 4 5 температура, оС (), D Yellow 3 3,6 46 30 0 10 127 32 Red 11 4,7 46 40 0 48 138 27 Red 1 8,1 66 52 0 68 166 36 Red 13 8,2 86 72 0 79 172 42 Примечание. Мощность ВЧ генератора — 1,5 КВт;

частота — 27,12 МГц;

вре мя нагрева — 30 с.

Результаты фиксации дисперсных красителей полиэфирным волокном приведены ниже в табл. 18. Из представленных данных обнаруживается четкая корреляция между полярностью дисперсных красителей и степе нью фиксации дисперсных красителей полиэфирным волокном в услови ях ВЧ нагрева. Причем более заметное влияние полярности отмечается при наличии в волокне мочевины. Так, в случае красителя с минимальным дипольным моментом температура волокнистого мате риала составляет 127 оС, что ниже температуры плавления мочевины. В этих условиях наблюдается низкая степень фиксации красителя (10 %).

Повышение дипольного момента дисперсного красителя с 3,6 до 8,2 обу славливает увеличение температуры волокна до 172 оС и степени фикса ции — до 79 %. На основании этого рекомендуется использовать для ВЧ крашения полиэфирных материалов красители с большим дипольным моментом.

Отмеченный выше факт увеличения температуры нагрева с ростом по лярности дисперсных красителей позволяет сделать вывод о том, что в условиях диэлектрического нагрева в системе "расплав мочевины — кра ситель" последний не является инертным компонентом. Напротив, поляр ный краситель, склонный в большей степени к дипольной поляризации, поглощая ВЧ энергию, повышает диэлектрические потери системы и тем самым способствуют увеличению температуры нагрева. С другой сторо ны, полярные молекулы красителя совершают более интенсивное колеба тельные движения в такт пульсации электрического поля, что повышает их диффузионную способность по отношению к волокнообразующему полимеру.

Подытожим выше представленные экспериментальные данные. Итак, ВЧ нагрев предварительно высушенного полиэфирного волокна без ис пользования полярных интенсификаторов (вариант 3) не обеспечивает эффективного закрепления красителя волокном. Более эффективен способ обработки, совмещающий ВЧ нагрев волокна с обработкой водяным па ром (вариант 2). Присутствие в волокнистом материале воды (вариант 1) или мочевины (вариант 4) существенно интенсифицирует процесс фикса ции и увеличивает выход красителя до уровня, превышающего соответст вующие показатели обычных способов обработки (варианты 5 и 6).

Определяющим ход дальнейших исследований явился отмеченный выше факт положительного влияния на результаты фиксации красителей присутствующей в волокне мочевины. Теоретическое обоснование роли расплавов полярных органических соединений в качестве интенсифика тора процессов фиксации красителей в условиях диэлектрического нагре ва выполнено автором в работах [13, 121]. Значительный интерес для по нимания механизма интенсифицирующего действия мочевины представ ляет информация о зависимости ее диэлектрических свойств от темпера туры (рис. 22).

Существенным здесь является то, что тангенс угла диэлектриче ских потерь мочевины при пере 0, ходе ее в расплавленное состоя ние скачкообразно увеличивается 0, Тангенс угла потерь до высоких значений (0,3–0,5), 0,3 частота 27 МГц сопоставимых с tg воды. Зареги- частота 1 МГц стрированный эффект можно объ- 0, яснить следующим образом.

Мочевина по своим электрофизи- 0, ческим свойствам относится к 0, полярным диэлектрикам. В об- 30 60 90 120 150 ласти низких температур в кри сталлическом состоянии поляри зационные процессы развиваются Рис. 22. Зависимость тангенса угла ди электрических потерь мочевины от тем слабо, вследствие чего tg отно пературы.

сительно невысок. Более интен сивно процесс дипольной поляризации протекает, когда мочевина нахо дится в жидком агрегатном состоянии (т.е. в расплаве) при ослабленных связях между молекулами. В результате расплав мочевины способен эф фективно поглощать и преобразовывать электромагнитную энергию в тепловую внутри обрабатываемого волокнистого материала и таким обра зом быстро нагревать его до температуры плавления мочевины (133 оС) и выше. Установлено, что положительное действие мочевины в максималь ной степени проявляется при обработке тканей в "массе", т.е. в виде ру лона или нескольких образцов, сложенных в наклад, когда из-за умень шения теплообмена ткани с окружающей средой обеспечивается аккуму ляция тепловой энергии внутри материала. Следствием этого является интенсивный разогрев волокна до высокой температуры.

Таким образом, на ряде примеров было показано, что использование ВЧ энергии является весьма эффективным средством ускорения процесса фиксации красителей при крашении текстильных материалов различного волокнистого состава красителями разных классов. Направлением разви тия и дальнейшего совершенствования ВЧ технологии крашения тек стильных материалов, по мнению автора, является совместное примене ние традиционных теплоносителей (горячего воздуха, насыщенного и перегретого водяного пара) и электромагнитной энергии, когда последней отводится роль фактора, активирующего протекание того или иного тех нологического процесса, в комбинации с использованием интенсификато ров ВЧ нагрева. Оптимальное сочетание указанных вариантов обработки позволит в максимальной степени использовать достоинства каждого из способов и создать высокоэффективные прогрессивные технологические процессы.

1.5.4 Заключительная отделка тканей В операциях заключительной отделки тканей с использованием отде лочных препаратов на основе термореактивных смол, существуют опре деленные трудности, связанные с сушкой аппретов, т.к. аппретирующие вещества обычно мигрируют к поверхности материала в процессе конвек тивной сушки, неравномерно распределяясь по толщине и локализуясь на поверхности волокнистого материала. В результате этого качество отдел ки изделия часто находится на невысоком уровне. С целью повышения качества заключительной отделки материалов предлагается применять диэлектрический способ нагрева [83, 84, 85, 86]. Преимущество его ис пользования в заключительной отделке по сравнению с конвективным способом подвода тепла обусловлен возможностью равномерного и быст рого нагрева текстильных изделий как малого, так и большого поперечно го сечений. Следствием этого является резкое уменьшение миграции от делочного препарата и равномерное его распределение в материале. До полнительным преимуществом является возможность совмещения опера ций сушки и закрепления аппрета в одну стадию.

Одним из наиболее перспективных направлений является применение ВЧ нагрева в огнезащитной отделке волокнистых материалов для закреп ления аппретов, придающих огнезащитные свойства целлюлозным мате риалам [16]. Проблема сушки огнеупорных аппретов наиболее остра, так как используемые антипирены не имеют обычно сродства к текстильному материалу и интенсивно мигрируют к его поверхности. Исследование поперечных разрезов бобин с волокном, аппретированных пироватексом и высушенных в барокамерах, показало, что концентрация аппрета экспо ненциально увеличивается от внутренних слоев к наружным. Произво дившиеся с помощью растрового микроскопа исследования тканей, про шедших плюсовку и сушку на ширильно-сушильной машине при 120 оС, и тканей, высушенных в ВЧ поле с частотой 27,12 МГц, показали, что сушка конвективным способом ведет к обволакиванию волокон аппретом и склеиванию отдельных волокон между собой. Сушка с помощью ВЧ нагрева не изменяет микрорельеф волокон и обеспечивает равномерное распределение аппрета по их толщине. Отсутствие миграции огнеупор ных веществ имеет следствием очевидное улучшение свойств тканей на ощупь и устранение жесткости, свойственной такого вида изделиям, улучшение огнестойкости по сравнению с тканями, прошедшими сушку на сушильно-ширильных машинах.

Интересная возможность применения ВЧ нагрева в заключительной отделке продемонстрирована в работе [87], в которой изучен одностадий ный совмещенный способ сушки, крашения и малосминаемой отделки хлопкополиэфирной ткани. Особенность данного способа состоит в том, что крашение ткани и малосминаемая отделка достигаются в результате реакции смолообразования полимерного связующего под воздействием ВЧ нагрева, что одновременно обеспечивает и фиксацию пигмента в во локне. Ниже на рис. 23 проиллюстрирована взаимосвязь между интенсив ностью окраски ткани, температурой ткани и потребляемой мощности от времени ВЧ нагрева (напряженность 1530 Вт/см).

Как видно, четко прослеживается одинаковый ход кривых интенсивно- 1,65 180 Интенсивность окраски (K/S) Поглощаемая мощность, КВт сти окраски и тем- 1,60 Температура ткани, оС пературы ткани. Так, 1, на начальном этапе K/S 1, Температура обработки, соответ- 1,45 ткани Поглощаемя ствующего процессу 1, мощность сушки ткани, интен- 1, 130 сивность окраски 1, 1,25 120 ткани, а также тем 0 20 40 60 80 пература ткани по- Время ВЧ нагрева, с вышаются незначи тельно. По мере Рис. 23. Влияние параметров процесса ВЧ нагрева на обезвоживания во- интенсивность окраски ткани.

локна потребление материалом ВЧ энергии заметно снижается, но к моменту окончания про цесса сушки температура ткани постепенно начинает повышаться и в конце процесса достигает 173 оС. Участок повышения температуры ткани соответствует стадии полимеризации термореактивной смолы. При за вершении этого процесса происходит образование смолы в волокне и по лотно ткани приобретает свойство несминаемости. Одновременно проис ходит фиксация смолой пигмента в волокне. Этой стадии процесса соот ветствует достижение максимальной интенсивности окраски ткани.

Тот факт, что температура ткани повышается значительно выше 100 оС свидетельствует о том, что термореактивная смола не является инертным компонентом в условиях ВЧ нагрева, а активно поглощает ВЧ энергию и обеспечивает разогрев волокна выше 100 оС. Это объясняется тем, что препарат для малосминаемой отделки, будучи производным мо чевины, является полярным компонентом, и механизм диэлектрического нагрева аналогичен тому, который был установлен для мочевины в пре дыдущем разделе.

Таким образом, применение ВЧ нагрева в рассмотренном случае обес печивает повышение эффективности процессов крашения и отделки тка ней за счет совмещение трех технологически разрозненных операций в одну стадию. В завершение отметим, что область заключительной отдел ки текстильных материалов с использованием диэлектрического нагрева является малоизученной. Вместе с тем, имеющиеся данные убеждают, что данное направление развития технологии представляет значительный ин терес и заслуживает большего внимания исследователей.

1.6 Технико-экономическая оценка работы промышленного ВЧ оборудования Ведущими машиностроительными фирмами, занимающимися разра боткой и производством ВЧ красильного оборудования, являются англий ские фирмы "Dawson International" и "Smith Engineering Project". Первая из них выпускает оборудование для непрерывной ВЧ фиксации красите лей на хлопковом, шерстяном и синтетических волокнах. В промышлен ной ВЧ машине марки EDF подача волокна осуществляется из двух бун керов на плюсовку. Пропитанное в плюсовке волокно перемещается с помощью транспортерной ленты в стеклянной прямоугольной трубе до ВЧ камеры, где фиксация красителя на волокне осуществляется между парой конденсаторных пластин, к которым подводится напряжение от ВЧ генератора мощностью 90 КВт при частоте 27,12 МГц.. Текстильный ма териал последовательно проходит две зоны ВЧ нагрева.

Табл. 19. Техническая характеристика линий для крашения волокна типа EDF и ЛКВ- Оборудование Параметры EDF ЛКВ- Производительность 750 Установленная мощность токоприемни 180 ков, КВт Габаритные размеры, м высота 3,2 4, длина 6,8 23, ширина 2,8 3, Масса, кг 7500 В табл. 19 приведена техническая характеристика машины фирмы "Dawson International" [88]. Для сравнения также представлены техниче ские показатели отечественной линии для крашения волокна ЛКВ— (машиностроительного завода "Ивтекмаш").

Сопоставление технических параметров показывает, что линия для ВЧ крашения EDF при примерно равной производительности характеризует ся значительно меньшими габаритными размерами и массой. По сравне нию с линией ЛКВ-3, площадь, занимаемая под оборудование, уменьша ется с 82 до 19 м2, т.е. более, чем в 4 раза, а металлоемкость снижается в 4,5 раза. По данным фирмы [88] при использовании ВЧ машины себе стоимость операции крашения текстильных материалов снижается в раза по сравнению с традиционным красильным оборудованием.

Фирмой "Smith Engineering Project" разработан ВЧ красильный аппа рат "Dyefast" [89, 90] для крашения волокна в массе, пряжи или ленты.

Волокно загружается в красильный аппарат пневматическим способом.

Пропитанное красильным раствором волокно перемещается через две зоны ВЧ обработки. По окончании крашения волокно извлекается из ка меры и погружается в промывной поддон, где оно подвергается сопловой промывке под давлением. По данным фирмы ВЧ красильная машина обеспечивает экономию электроэнергии в 12 раз, воды — в 6 раз и трудо затрат — в 3 раза по сравнению с обычным котловым аппаратом (табл. 20).

Табл. 20. Сравнительная характеристика красильного ВЧ и стандартного оборудования Расход ресурсов при крашении Статьи затрат 200 кг волокна ВЧ машина Котловой аппарат Расход электроэнергии, КВт на крашение 39,4 на промывку 10 Расход воды 800 Обслуживающий персонал, чел. 2 Эта же фирма выпускает автоматизированную линию для крашения натуральных и химических волокон с применением ВЧ нагрева для фик сации красителей [91]. Линия включает в себя автоматическое подающее устройство, работа которого контролируется и управляется с помощью микропроцессора, холстоформирующее устройство, плюсовку, камеру прямоугольной формы для диэлектрического нагрева волокна до 100 оС.

Красильная линия имеет производительность 750 кг/час, обслуживает ее оператора. Энергетическая отдача при диэлектрическом способе нагрева составляет 80 %, тогда как при применении пара 30—40 %. Использова ние ВЧ оборудования обеспечивает повышение производительности, улучшение условий труда на рабочем месте, снижение расхода воды в раз, устранение потерь энергии при останове и включении линии.

Уникальная способность ВЧ способа обеспечивать объемный нагрев материалов сделала возможным его применение в переводной термопеча ти тканей, в которой при определенных условиях на ткань из термопла стичных волокон рисунок переводится с бумаги за счет сублимации дис персных красителей. Фирмой "Dawson International" разработано ВЧ обо рудование, предназначенное для переводной печати периодическим спо собом текстильных материалов, которое позволяет обрабатывать сразу слоя ткани, трикотажного полотна или штучных изделий. Производи тельность машины составляет до 2500 изделий в неделю по сравнению с 200 изделиями для переводной печатной машины с паровым обогревом.

Специалисты фирмы подсчитали, что затраты на печать сократились на 40 % по сравнению с цилиндрическими печатными машинами, кроме то го, расход воды сократился на 90 % и процесс стал менее трудоемким [92, 93].

Таким образом, существующее ВЧ красильное оборудование характе ризуется более высокими технико-экономическими показателями по сравнению с традиционной техникой, что делает его конкурентно способ ным на рынке красильно-отделочного оборудования и обуславливает це лесообразность проведения научно-исследовательских и опытно конструкторских работ в данном направлении.

1.7 Микроволновая (СВЧ) обработка текстильных материалов Микроволновый (сверхвысокочастотный) нагрев по своей физической природе является разновидностью диэлектрического нагрева. Основное отличие микроволнового от ВЧ нагрева объясняется различием в частоте электромагнитного излучения — она выше приблизительно на два поряд ка, что обуславливает изменение формы существования электромагнит ной энергии. Так, если излучение ВЧ диапазона представляет собой пере менное электрическое поле, создаваемое обкладками конденсатора, то СВЧ излучение существует в виде электромагнитной волны, генерируе мой специальными электровакуумными приборами.

Электромагнитные волны СВЧ диапазона распространяются и отра жаются по законам света. Если электромагнитную волну направить на диэлектрический материал, то часть ее будет отражена, часть же проник нет в него. Под действием волны в материале будет происходить релакса ционная поляризация и могут протекать токи проводимости, вследствие чего происходит выделение теплоты и разогрев материала. Глубина про никновения микроволн варьируется от нескольких сантиметров до 1— метров в зависимости от длины волны и диэлектрических характеристик обрабатываемого изделия. Одним из условий равномерности СВЧ нагрева является превышение глубины проникновения электромагнитной волны в материал над его толщиной. Глубина проникновения определяется часто той излучения и диэлектрическими свойствами материала. Отметим, что количественные зависимости СВЧ нагрева здесь не приводятся. Заинтере сованных читателей адресуем к работе [94].

В соответствии с международным соглашением для промышленного СВЧ нагрева выделены частоты 915 МГц и 2450 МГц [95]. В качестве источников большой мощности в диапазоне СВЧ широко используются электровакуумные приборы — магнетроны и клистроны. Отечественная промышленность выпускает ряд СВЧ источников на частотах 2450 МГц, 2375 МГц и 915 МГц мощностью 2,5—50 КВт [96, 97]. Конструкция и техническая характеристика электронных СВЧ приборов детально рас смотрены в литературе [98, 99].

В зависимости от формы и размеров материала существует несколько технических приемов СВЧ обработки. Непрерывный процесс обработки плоских материалов (полотен тканей) можно осуществлять направленным потоком микроволн, излучаемым антенной — рупором и свободно рас пространяющимся в пространстве [100]. Данный способ является наибо лее простым для практической реализации и позволяет получить равно мерное по интенсивности поле облучения в заданной плоскости. Непре рывный процесс СВЧ обработки плоских материалов можно также осу ществлять в электромагнитной волне, распространяющейся в волноводе в виде меандра, если пропускать ткани через щелевидные отверстия в вол новоде вдоль его плоскости симметрии [101]. Для обработки нитевидных материалов используют резонаторные системы, в которых волна концен трируется на оси или в предпочтительной плоскости [14].

Для обработки объемных материалов (рулонов, бобин) применяют объемные резонаторы (используемые в конструкции СВЧ печей), поле в котором полностью экранируется от внешней среды. В качестве объемно го резонатора могут быть замкнутые с обоих сторон металлическими стенками обрезки волновода прямоугольного или круглого поперечных сечений. При попадании электромагнитной волны на проводящую внут реннюю поверхность резонатора она полностью отражается. В результате многократного отражения волны от стенок камеры образуется стоячая волна. В данном случае особенностью является то, что в стоячей волне нет направленного движения энергии, т.е. она не может быть передана из одной точки пространства в другую на достаточно большое расстояние.

Но при внесении нагреваемого тела в стоячую волну в последней появля ется бегущая составляющая, которая переносит энергию от источника к нагреваемому телу, что и обеспечивает его нагрев.

Сравнивая ВЧ и СВЧ способы нагрева между собой можно от метить, что более высокая часто 1, та микроволнового излучения обуславливает его преимущество Коэффициент потерь 1, перед ВЧ нагревом, которое со стоит в более эффективном пре 0, образовании электромагнитной энергии в тепловую в материале.

0, Это следует из формулы (1) и иллюстрируется данными рис. 24, -0, где приведена температурная за 0 20 40 60 80 100 120 висимость коэффициента диэлек Температура, оС трических потерь полиамидного Рис. 24. Зависимость диэлектрических волокна при частотах 15 МГц [12] свойств полиамидного волокна от час- и 2450 МГц [102]. Сопоставление тоты излучения: представленных данных показы 1 — 15 МГц;

2 — 2450 МГц вает, что диэлектрические потери в полиамидном волокне в СВЧ диапазоне существенно выше по сравнению с ВЧ нагревом. Это приводит к тому, что при одинаковой подводимой мощности к материалу количест во выделяющейся теплоты при СВЧ нагреве выше.

Перейдем к рассмотрению результатов исследований по применению микроволнового нагрева в технологических операциях отделки тканей. В Ивановском Институте химии растворов (ИХР РАН) проведена оценка влияния СВЧ излучения на процесс беления хлопкосодержащих тканей.

Обработку образцов тканей осуществляли в объемном резонаторе при одновременном воздействии на волокно СВЧ излучения (частота — 2450 МГц, мощность — 0,5 КВт) и паров воды при 100 оС [103].

В табл. 21 приведены технические результаты беления хлопчатобу мажной и хлопколавсановой тканей стандартным перекисным составом.

Там же для сравнения представлены данные по однофазному способу с запариванием в среде насыщенного водяного пара при одинаковых соста вах белящих растворов. Сопоставление данных таблицы показывает, что за 2—3 мин беления при активации СВЧ излучением показатели белизны и капиллярности для хлопчатобумажной и хлопколавсановой тканей на ходятся на уровне показателей для тканей, обработанных насыщенным паром в течение 60 мин. При этом отсутствует вредное влияние микро волн на механические свойства тканей.

Табл. 21. Результаты беления хлопкосодержащих тканей Устойчивость Разрывная Время Степень Капилляр к истиранию, нагрузка на Ткань обработ- белизны, ность за цикл 1 нить, Н ки, % 30 мин с 1 2 1 2 1 2 1 30 73,5 75,2 102 110 1234 1203 2,9 2, 60 76,6 79,4 110 117 1161 1196 2,4 2, 90 79,6 81,4 114 120 1138 1115 2,4 2, Хлопок 120 80,8 83,1 117 127 1182 1100 2,5 2, 180 81,9 84,1 120 130 1154 1084 2,5 2, 1800* 82,6 — 107 — 925 — 2,4 — 3600* 83,4 — 110 — 879 — 2,3 — 60 79,8 81,7 156 150 6612 5828 5, лавсановая 90 81,2 82,6 160 156 5392 5576 5,9 5, Хлопко 120 83,0 84,2 163 168 5315 5413 5,8 5, 180 83,6 85,4 165 170 5256 5300 5,8 5, 3600* 83,0 — 140 — 3828 — 5,6 — Примечание. 1 — отбеливающий состав, содержащий силикат натрия 20 г/л;

— безсиликатный состав;

* — запаривание в среде насыщенного водяного пара по однофазному способу.

Выходит за рамки традицион ных представлений установленный факт положительного влияния уменьшения количества силикатно Степень разложения Н2О2, % го стабилизатора на белизну и ка- пиллярность тканей. Так, наиболее высокие показатели белизны (84,1 и 85,4 %) и капиллярности (130 и 170 мм) тканей получены при от- сутствии силиката в белящем рас творе. Детальное исследование 0 1 2 3 4 влияния СВЧ излучения на хими Время обработки, мин.

ческую активность перекисных систем [104] показали следующее. Рис. 25. Кинетика разложения перок На рис. 25 приведены кривые, ха- сида водорода:

рактеризующие кинетику разложе- 1 — без активации;

2 — активация СВЧ излучением ния пероксида водорода при акти вации процесса СВЧ энергией и без активации. Из кинетических данных видно, что СВЧ излучение активиру ет разложение пероксида водорода. Через 5 мин остаточное содержание окислителя на ткани при традиционном белении составляет 64 %, а с ис пользованием микроволнового поля 43 %. Авторами цитируемой работы установлено, что константы скорости этих процессов различаются в раза. Таким образом, применение микроволнового излучения способству ет повышению скорости и полноты разложения пероксида водорода, на коплению в системе активных белящих частиц.

Исследование [104] влияния концентрации силиката натрия и дли тельности беления при воздействии микроволн на удельную вязкость медно-аммиачных растворов целлюлозы показало, что увеличение кон центрации реагента приводит к повышению степени деструкции целлю лозы. На основании этого сделан вывод о том, что в отличие от традици онных условий при микроволновом воздействии на белящий раствор си ликат натрия утрачивает свои стабилизирующие свойства.

Таким образом, из цитируемой работы следует, что применение мик роволнового излучения при белении хлопкосодержащих тканей (в усло виях эксперимента) позволяет получить высокие показатели белизны и капиллярности при сокращении длительности процесса в 20—30 раз и исключении из белящего состава силиката натрия.

Проведено детальное исследование влияния СВЧ излучения (2450 МГц) на свойства хлопчатобумажной ткани [105]. Установлено, что независимо от степени подготовки и влажности текстильного материала СВЧ обработка незначительно влияет на прочностные показатели и эла стические свойства хлопчатобумажной ткани. Неожиданный эффект вы явлен при изучении действия микроволн на капиллярность тканей с раз личной степенью подготовки (табл. 22).

Табл. 22. Влияние СВЧ обработки на капиллярность хлопчатобумажных тканей Капиллярность, мм/30 мин Состояние ткани Суровая Расшлихтованная Отваренная Без СВЧ обработки 0 83 Сухая 0 0 Влажная 47 85 С белящим раствором 120 122 Опытные данные из цитируемой работы демонстрируют достаточно трудно объяснимое явление, которое состоит в том, что сухие ткани неза висимо от степени подготовки после действия микроволнового излучения теряют приданную им ранее гидрофильность. Обработка же влажного материала не приводит к уменьшению или потере капиллярности. Более того, при обработке суровой ткани во влажном состоянии этот показатель повышается до 47 мм.

Для объяснения выявленной закономерности авторами [105] проведе на оценка изменения в капиллярно-пористой структуре волокна по вели чине удельной внутренней поверхности (УВП) целлюлозы с использова нием метода рентгеноструктурного анализа. В результате установлено, что относительная величина УВП волокон после СВЧ обработки ткани в сухом, мокром состояниях и при совместном воздействии паров воды и излучения составила соответственно 75, 182 и 169 % от исходной отбеле ной ткани с УВП равной 100 %. Авторами цитируемой работы высказано предположение, что аномальное снижение УВП целлюлозы при СВЧ об работки сухого волокна обусловлено явлением дипольной поляризации, сопровождающегося более четкой ориентацией звеньев макромолекул и, как следствие, самозамыканием пор (так называемый "коллапс") и сниже нию или полному исчезновению капиллярности. Увеличение УВП воло кон на 82 % в случае комбинированного воздействия СВЧ излучения и воды дают основание предполагать, что молекулы последней не только предотвращают самозамыкание пор, но и увеличивают границы раздела фибриллы — микропустоты в результате расклинивающего действия мо лекул воды. Анализ волокон хлопчатобумажных тканей, обработанных в различных условиях, показал, что степень кристалличности целлюлозы не изменяется и составляет 69,5 %. Таким образом, микроволновое излуче ние влияет только на состояние капиллярно-пористой структуры волокон, не изменяя тонкой структуры волокнообразующего полимера.

В крашении для интенсификации процесса фиксации красителей мик роволновый нагрев предлагается использовать при крашении активными красителями шерстяного волокна [106], хлопка прямыми [107] и актив ными красителями [108], полиэфирного волокна дисперсными красите лями [109]. Эффективность воздействия микроволнового излучения на процессы фиксации красителей различных классов удобно продемонст рировать на основании данных исследования [110], в котором изучена кинетика фиксации красителей прямого CI Direct Blue 71 на волокне Evlan, кислотного CI Acid Blue на шерсти и полиамидном волокне, основ ного CI Basic Blue 3 на полиакрилонитрильном волокне. Установлено, что микроволновый нагрев (частота — 2450 МГц, мощность — 2,5 КВт) обеспечивает сокращение продолжительности фиксации указанных клас сов красителей по сравнению с традиционными способами крашения в среде насыщенного водяного пара и по периодическому способу с 1— 10 мин до 5—10 с, т.е. в 10—60 раз.

Влияние СВЧ излучения на фиксацию активных красителей хлопчато бумажным волокном оценено в работе [111]. Обработку образцов тканей, пропитанных красильным раствором, осуществляли в объемном резона торе при частоте 2450 МГц и мощности 0,5 КВт. В этих условиях волокно и содержащаяся в нем красильная жидкость за счет микроволн нагрева лась до 100 оС. В табл. 23 приведены результаты фиксации винилсульфо новых красителей хлопчатобумажной тканью при использовании различ ных вариантов обработки. Из табличных данных прослеживается корре ляция между электропроводностью активных красителей и степенью их фиксации в условиях микроволнового нагрева — чем больше электропро водность, тем выше степень фиксации.

Табл. 23. Влияние на степень фиксации активных красителей хлопчатобумажной тканью способа обработки при температуре 100 оС Электро- Степень фиксации красителей, % Актиный проводность, СВЧ нагрев, Запаривание, Термообра краситель Ом-1см2моль-1 100 оС 100 оС ботка, 100 оС Yellow 17 16,2 64 56 Black 5 17,5 86 75 Blue 28 18,8 93 48 Поскольку температурные параметры обработки во всех случаях были одинаковыми, то авторы сочли возможным на основании табличных дан ных провести оценку (которая, на наш взгляд, является весьма приблизи тельной) вклада различных факторов в суммарный эффект фиксации ак тивных красителей в условиях СВЧ нагрева. Так, для первых двух краси телей вклад СВЧ излучения в выход красителей соизмерим с вкладом, который обеспечивает воздействие на волокно водяного пара. А в по следнего красителя вклад микроволн адекватен суммарному вкладу водя ного пара и тепловой энергии.

На основании рассмотренных выше данных можно дать следующее объяснение положительному действию СВЧ энергии на процесс фиксации красителей. Поскольку между электропроводностью и полярностью кра сителей существует взаимосвязь, можно предположить, что более поляр ные красители в большей степени поглощают микроволновое излучение.

Результатом этого является повышения кинетической энергии молекул активного красителя в процессе дипольной поляризации под воздействи ем электромагнитной энергии, что, вероятно, увеличивает реакционную способность молекул красителя, и, следовательно, скорость его химиче ского взаимодействия с волокном.

В Ивановском научно-исследовательском институте хлопчатобумаж ной промышленности (ИвНИТИ) проведено всестороннее исследование процесса фиксации активных красителей хлопчатобумажной тканью в условиях совмещения операций сушки ткани и фиксации красителей при комбинированной обработке горячим воздухом и микроволновым излу чением. В этом случае важное значение имеет информация об особенно стях процесса сушки ткани в условиях микроволнового нагрева [112].

Известно, что одним из основных компонентов, обеспечивающих фикса цию активных красителей при крашении по термофиксационному спосо бу, является мочевина. Она, являясь полярным диэлектриком, интенсивно взаимодействует с СВЧ энергией и, следовательно, может оказывать зна чительное влияние на скорость сушки ткани при воздействии микроволн.

На рис. 26 приведены кинетиче ские кривые изменения влагосо держания хлопчатобумажной тка- ни, пропитанной 20 % раствором мочевины и водой, при воздейст Влагосодержание, % 80 вии СВЧ энергии мощностью 0,5 КВт и горячего воздуха при температуре 200 оС. Из графика видно, что при обработке горячим 20 воздухом влияние мочевины про- является в снижении скорости уда- 0 50 100 150 200 ления влаги из материала. Это объ- Время сушки, с ясняется тем, что мочевина, явля ясь гигроскопическим компонен- Рис. 26. Кинетика микроволновой том, в данном случае препятствует сушки хлопчатобумажной ткани:

испарению влаги из материала. 1, 3 — вода;

2, 4 — мочевина;

Иная картина наблюдается при 1, 2 — СВЧ нагрев;

3, 4 — термообработка микроволновой обработке. Как видно, положительное влияние мо чевины на кинетику сушки ткани весьма заметно. Причем, следует обра тить внимание на тот факт, что присутствие в волокне мочевины обеспе чивает 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 ис парения из волокна воды преобладающий вклад в поглощение СВЧ энер гии вносит мочевина, находящаяся на ткани в виде концентрированного раствора. Исследования показали, что при увеличении концентрации мо чевины с 0 до 200 г/л скорость микроволновой сушки хлопчатобумажной ткани возрастает приблизительно в 10 раз.

Изучен процесс фиксации активных красителей хлопчатобумажной тканью в условиях комбинированного воздействия СВЧ излучения и го рячего воздуха [113]. Образцы хлопчатобумажной ткани плюсовались красильным составом, содержащим (г/л) активный краситель — 15, би карбонат 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.

На графике (рис. 27) отражено влияние СВЧ излучения с различ ными уровнями мощности на уве личение степени фиксации, опре деленное как разница между фик Прирост фиксации, % сацией активного красителя хлопком при совместном воздей ствии горячего воздуха (110 оС) и 15 СВЧ излучения и термофиксаци ей красителя без СВЧ излучения.

Длительность обработки ткани 2 4 6 горячим воздухом была постоян Время СВЧ обработки, мин ной и равнялась 8 мин., а время воздействия СВЧ энергии состав Рис. 27. Влияние обработки СВЧ излу чением на эффективность фиксации ляло соответственно 2, 4, 6 и активных красителей: 8 мин.

1, 3 — мощность 1 КВт;

2, 4 — 0,5 КВт;

Комментируя опытные дан 1, 2 — ярко—красный 6С;

3, 4 — бордо 4СТ ные, можно отметить следующее.

В первые две минуты обработки прирост фиксации красителей незначи телен (3—14 %). Более продолжительное воздействие микроволн на тек стильный материал (4—6 мин.) в зависимости от мощности излучения позволяет увеличить степень фиксации активных красителей ярко красного 6С на 13—27 % и бордо 4СТ — на 11—14 %. На определенном этапе обработки степень фиксации красителей перестает зависеть от дли тельности 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 излу чение дает более выраженный эффект активации процесса фиксации для менее реакционного монохлортриазинового красителя (ярко-красный 6С) по сравнению с винилсульфоновым 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 гра фика видно, что интенсивная фиксация красителей начинается не ранее, чем через две минуты обработки, когда завершается процесс сушки и влажность ткани составляет менее 10 %.

С целью установления взаимосвязи между процес сами массопереноса краси теля и его химического взаимодействия с волокно- Влагосодержание, % Степень фиксации, % образующим полимером исследовали влияние СВЧ излучения на диффузию ак тивных красителей в целлю лозный субстрат [114]. Объ- ектом исследования служил ролик целлюлозной пленки, которая, с целью приближе- 0 2 4 6 ния условий эксперимента к Время обрабоки, мин.

реальному технологическо му процессу крашения, Рис. 28. Взаимосвязь между процессами суш предварительно выдержива лась в водном 10 %-ном рас творе мочевины до равно весного набухания полиме ра.

Коэф-т переноса (Дх106), см2/с На рис. 29 представлены 2г 1г данные, отражающие изме- нение констант переноса 1/а гидролизованной и активной 3 1а форм активного красителя в 2а нейтральной и щелочной 2/а средах при различных тем пературах конвективной и комбинированной конвек- 100 120 140 160 Температура, оС тивно-микроволновой обра боток. Полученные данные Рис. 29. Влияние условий обработки на диф демонстрируют заметное фузию активного красителя:

ускорение процесса диффу 1 — конвективный нагрев;

2 —конвективно зии молекул красителя при микроволновая обработка;

комбинированном воздейст- 1/ 2/ 12 й вии (кривые 2г) по сравнению с горячим воздухом (кривые 1г), что обу словлено интенсифицирующим влиянием СВЧ излучения на процесс мас сопереноса красителя. Обнаружено, что степень влияния СВЧ излучения находится в обратно пропорциональной зависимости от температуры сре ды: максимальный рост скорости массопереноса наблюдается при 110 оС, минимальный — при 170 оС.

Реальным условиям технологического процесса соответствует вариант моделирования процесса диффузии с использованием реакционной фор мы красителя в щелочной среде. В этом случае температурная зависи мость скорости массопереноса красителей при комбинированной обра ботке (кривые 2/ а) носит экстремальный характер. Восходящая ветвь кривой отражает увеличение скорости диффузии активных красителей с ростом температуры, подобно тому как это наблюдалось для гидролизо ванной формы. Нисходящая ветвь отражает стадию торможения диффу зионного процесса, причиной которого является химическое взаимодей ствие молекул красителя с активными группами целлюлозы. Повышение температуры обработки и, как следствие, рост интенсивности химическо го взаимодействия красителя с целлюлозой приводит к тому, что в реак цию вступает преобладающая доля красителя. В результате этого интен сивность диффузионного процесса снижается, что и отражается в падении величины коэффициента массопереноса.

Следует подчеркнуть, что полученные диффузионные константы ха рактеризуются более высокой абсолютной величиной (10-5 —10-6 см2/с) по сравнению с соответствующими показателями, наблюдаемыми для диф фузии активных красителей в целлюлозный полимер в условиях сухого нагрева (10-9 см2/с). Отмеченное объясняется тем, что процесс диффузии протекает в условиях, когда целлюлозный субстрат находится в набухшем состоянии и его надмолекулярная структура в большей степени доступна для молекул красителей вследствие увеличения размеров микропор и за полнения микрокапилляров полимера водным раствором. Полученные данные не противоречат приводимым в литературе [115] значениям ис тинных коэффициентов диффузии, наблюдаемых при диффузии молекул красителя в жидкой среде. Более низкие значения диффузионных кон стант в данном случае объясняются тем, что процесс диффузии осложня ется стерическими помехами и химическим взаимодействием красителя с полимером. Достоверность полученных результатов подтверждает также их сходимость с данными исследования влияния ВЧ нагрева на диффузию активных красителей в целлюлозный полимер [79].


Таким образом, положительное влияние микроволнового излучения проявляется в одновременной интенсификации процессов массопереноса и фиксации красителя. Отмеченное в свою очередь обуславливает нали чие оптимального температурного диапазона (130—150 оС) осуществле ния комбинированной конвективно-микроволновой обработки, выход за пределы которого приводит к нежелательному снижению эффективности процесса фиксации красителей.

Из анализа публикаций можно заключить, что наибольший ин терес исследователей привлечен к изучению влияния энергии мик- роволн на процесс фиксации Степень фиксации, % дисперсных красителей поли- эфирным волокном. Отмеченный факт является закономерным, поскольку применение мощного 20 физического воздействия оправ- дано именно в данном случае, так как крашение полиэфирного во- 30 40 50 60 70 80 90 локна дисперсными красителями Время обработки, с требует максимальных энергети ческих затрат по сравнению с Рис. 30. Влияние среды на микро другими классами красителей.

волновую фиксацию дисперсного краси Здесь прослеживается два подхо теля полиэфирным волокном:

да к решению задачи повышения 1 — ортофенол;

2 — этиленгликоль;

эффективности микроволновой обработки. Первый основывается на применении в условиях СВЧ нагрева пластифицирующих волокно органических растворителей. В качестве примера приведем данные [116] по изучению влияния ряда органических соединений на закрепление дисперсных красителей полиэфирным волок ном при микроволновой обработке, представленные на рис. 30. Из графи ка видно, что осуществление фиксации дисперсных красителей поли эфирным волокном в присутствии переносчика (ортофенол) не дает по ложительных результатов — степень закрепления красителя после СВЧ облучения продолжительностью 120 с при мощности 0,65 КВт составила 10—20 %. Частичная замена воды в красильной жидкости на высококи пящие органические растворители позволяют увеличить выход дисперс ных красителей до 60 %.

Здесь уместно будет рассмотреть влияние микроволнового нагрева на структуру и свойства волокон в присутствии пластифицирующих реаген тов различного типа. Так, исследование влияния среды на результаты микроволнового нагрева полиамидного и полиэфирного волокон [117] показали, что СВЧ нагрев приводит к увеличению степени кристаллично сти и размеров кристаллитов исследуемых волокон. Наименьшие измене ния надмолекулярной структуры происходят при нагревании образцов, пропитанных водой, а наибольшие для полиамидного волокна — в вод ном 5 %-ном растворе бензилового спирта, для полиэфирного — в 20 % ном водном растворе мочевины. Степень кристалличности полиамидного волокна за 30 с и полиэфирного за 60 с обработки увеличивается соответ ственно с 34 до 44 % и с 33 до 54 %, а средний размер кристаллитов возрастает с 64 до 99 А и с 30 до 66 А.

Повысить эффективность процесса СВЧ фиксации дисперсных краси телей полиэфирным волокном при использовании водно органических смесей позволяет запарной микроволновый способ [118], предусматривающий обработку материала путем совместного воздейст вия на волокно паров кипящей азеотропной смеси бензилового спирта и воды и СВЧ излучения. Проведено исследование по оценке влияния СВЧ излучения на процесс азеотропной фиксации красителей текстильными материалами. Выявлено, что СВЧ излучение оказывает специфическое воздействие на надмолекулярную структуру волокна, результатом чего является увеличение доступности термопластичного полимера для моле кул красителя и, как следствие, ускорение диффузии красителя в волок нистый субстрат. Оценено влияние водно-органических смесей на физи ко-механические и капиллярные свойства хлопколавсановых тканей в условиях совместного воздействия на материал СВЧ излучения и паров азеотропной смеси. Показано, что азеотропно-микроволновая обработка приводит к увеличению степени кристалличности полиэфирного волокна с 51,8 до 58,4—62,3 %. Это в свою очередь обуславливает и изменение таких характеристик, как разрывная на грузки и удлинение при разрыве в сторону их увеличения, т.е. происходит улучшение прочностных и эластических свойств во локна. При этом капиллярность хлопко лавсановой ткани увеличивается на 25— Выход красителя, г/кг 30 %.

Рассмотрим технические результаты азеотропно-микроволновой фиксации дисперсных и активных красителей на тканях из хлопка, синтетических и смешанных волокон [119]. В качестве 0 1 2 3 4 примера на рис. 31 приведена кинетика Время, мин.

фиксации красителей дисперсного фиоле Рис. 31. Влияние микроволн на кине тового К и активного фиолетового 4К тику азеотропной фиксации красите красителей на хлопковой и полиэфирной лей хлопколавсановой тканью:

составляющих смесовой хлопколавсано — азеотропно-микроволновая обработка;

вой ткани в условиях азеотропно о — азеотропное запаривание;

микроволновой обработки и азеотропного 1,2 — дисперсный фиолетовый К;

3,4 — активный фиолетовый 4К запаривания. Как видно, результатом воздействия микроволнового излу чения является сокращение продолжительности процесса фиксации с 5— 6 до 3 мин. Помимо этого, возрастает степень полезного использования красителей: дисперсных — за счет более полной фиксации красителя, активных — в результате снижения доли красителя, гидролизованного в процессе обработки.

Втрое направление, получившее развитие в исследованиях Иванов ского НИЭКМИ, связано с исполь зованием в качестве интенсифика тора процесса микроволновой фик- 3 Интенсивность (K/S) сации дисперсных красителей рас плавов полярных органических соединений (мочевины). Выше в разделе, касающегося применения ВЧ нагрева, на ряде примеров была продемонстрирована высокая эф- фективность интенсифицирующего 0 1 2 3 действия мочевины и раскрыт ме- Время, мин.

ханизм ее действия. Можно конста Рис. 32. Влияние мочевины на микро тировать, что в условиях микро волновую фиксацию дисперсного кра волнового нагрева мочевина играет сителя полиэфирной тканью:

аналогичную роль [120]. Влияние 1—4 — концентрация мочевины мочевины на фиксацию дисперс- 0, 50, 100 и 150 г/л ных красителей в условиях микро волновой обработки (частота — 2450 МГц, мощность — 0,5 КВт) тканью из лавсанового волокна отражено на рис. 32. Видно, что в отсутствие мо чевины степень фиксации красителя за 4 мин обработки составляет 32 %, в то время как при концентрации мочевины 100—150 г/л она возрастает до 90—96 % [121].

Исследованиями подтверждено, что положительный эффект мочевины проявляется в условиях при обработке тканей в "массе", когда обеспечи вается аккумуляция тепловой энергии внутри материала. Измерение тем пературы с помощью термоиндикаторов марки "ТХИ" показало, что не смотря на то, что температура окружающей паровой среды составляет около 100 оС, внутри волокнистого материала в этих условиях развивает ся температура порядка 200 оС. На этой основе был разработан способ фиксации красителей путем совместного воздействия СВЧ излучения и паров кипящей воды [122].

Следует обратить внимание на тот факт, что, хотя во всех цитируемых работах выявлено интенсифицирующее влияние СВЧ излучения на про цессы фиксации красителей, эффект воздействия микроволн в исследова ниях различных авторов неодинаков. Это можно объяснить тем, что для исследований применялись лабораторные установки разного типа, в кото рых применялись различные волноводные системы и СВЧ генераторы неодинаковой мощности. Все это в совокупности обеспечивало различ ный уровень напряженности электрического поля в материале и, как следствие, являлось причиной наблюдающихся в некоторых случаях не совпадений опытных данных в однотипных экспериментальных ситуаци ях. Тем не менее, не вызывает сомнения то, что использование СВЧ энер гии является эффективным средством ускорения процесса фиксации кра сителей текстильными материалами.

Завершить настоящую главу целесообразно рассмотрением аппаратурного оформления процессов микроволновой обра ботки текстильных материалов.

Приведем краткий патентный обзор [60] предлагаемых СВЧ устройств. В зависимости от применяемой волноводной сис темы все запатентованные уст ройства можно разделить на две Рис. 33. Устройство для периодического краше основные группы. Общим для ния синтетических волокон микроволновым на первой группы устройств явля гревом ется то, что обработка материа ла осуществляется в объемном резонаторе. Это, в свою очередь, обуслав ливает следующие особенности обработки: во-первых, текстильный мате риал обрабатывается в "массе", и, во-вторых, процесс обработки является, как правило, периодическим. В качестве примера рассмотрим устройство [123], в котором крашение волокна или ткани проводят (рис. 33) в герме тичном автоклаве (1) из материала, пропускающего СВЧ излучение. Ав токлав заполняют окрашиваемым материалом (2) и подают пар с после дующим созданием избыточного давления. Автоклав помещают в камеру (3), в которой от СВЧ источника (4) генерируется тепло.

Дополняют данную группу также устройства, в которых фиксирующая обработка ткани осуществляется в камере паром и СВЧ излучением в про цессе намотки полотна в рулон. На рис. 34 изображено устройство для тепловлажностной обработки тканей [124], в котором фиксирующая об работка проводится микроволнами в среде насыщенного пара. Оно пред ставляет собой герметизированный корпус (1), к одной из стенок которо го прикреплен источник микроволн (7) и подведен трубопровод (8), предназначенный для подачи влажного пара. Внутри корпуса (1) назначенный для подачи влажного пара. Внутри корпуса (1) установлены камера (4) с перфорированными стенками (5) и накатное устройство.


Ткань, перемещаясь по роликам (2), проходит через входное отвер стие (3) в камеру (4), где наматыва ется в рулон, подвергаясь одновре менному воздействию микроволно вого излучения, поступающего от источника (7), и влажного пара, по даваемого по трубопроводу (8) в корпус (1), а оттуда проходящему через отверстия (6) в камеру (4).

Вторую группу устройств состав Рис. 34. Устройство для СВЧ обра ляют СВЧ установки непрерывного ботки ткани в процессе намотки действия для обработки движущихся полотна в рулон материалов в процессе их транспор тировки через зону облучения. Предлагаются установки самых разнооб разных конструкций, но использующих единый принцип комбинирован ного воздействия на материал СВЧ энергии и теплоносителя. Приведем ряд конструкций, типичных для большинства запатентованных устройств.

В устройстве (рис. 35) для краше ния [125] окрашенное полотно тка ни (1) помещают между двумя бес конечными лентами (2) из материала, пропускающего СВЧ излучение.

Ткань пропускают через щелевидные отверстия в волноводе типа меанд ра (3) в плоскости симметрии, где она обрабатывается микроволнами от источника (4). Края транспортер ной ленты герметизируются для пре дотвращения испарения влаги из ма- Рис. 35. Устройство непрерывного териала и поддержания в нем атмо- действия для обработки ткани СВЧ сферы насыщенного пара. В конце излучением.

волновода имеется емкость (5) с водой, где утилизируется СВЧ энергия.

Устройство для фиксации красителя после печатания [126] (рис. 36) имеет в своем составе запарную камеру (1) с впускным и выпускным (2, 3) щелевыми отверстиями для проводки в расправку ткани (4). К впуск ному отверстию ткань от печатной машины подается конвейером (5). В запарной камере ткань обрабатывается для фиксации красителя при тем пературе 100—200 оС. Время перемещения ткани через камеру 5— 10 мин. В камеру постоянно подается через трубу (6) насыщенный пар, накапливаемый в промежу точной камере (8), отделенной от основной камеры перфори рованными перегородка ми (14). Для обработки ткани и нагревания насыщенного пара до необходимой темпера туры в верхней части камеры Рис. 36. Устройство для микроволновой фиксации установлен СВЧ генератор.

красителей на ткани после печати. Между изолирующей и экра нирующей (15) стенками запарной камеры размещены трубчатые нагре вательные элементы (16), через которые циркулирует пар. Для проводки без натяжения ткани через зону фиксации используется транспортерная лента (13) конвейера, натяжение которой регулируется компенсато ром (11). Лента конвейера с тканью перемещается по направляющему столу (15). После выведения ткани из камеры конвейерная лента промы вается в ванне (9), высушивается между нагревателями (10) и очищается щеткой (12).

Рассмотрим блок-схему технологических СВЧ установок. Общим яв ляется то, что они содержат в основном восемь элементов [127]:

1. Источник питания, обеспечивающий преобразование сетевого на пряжения в вид, необходимый для работы СВЧ генератора. Обычно это высоковольтный выпрямитель или повышающий трансформатор с регу лятором напряжения, а также устройство для питания накала СВЧ генера тора и других его элементов.

2. СВЧ генератор, преобразующий мощность постоянного тока или се тевой частоты в мощность СВЧ диапазона.

3. Линия передачи СВЧ энергии к нагревательной камере.

4. Устройство ввода СВЧ энергии в нагревательную камеру.

5. Электродинамическая система нагревательной камеры, обеспечи вающая заданное распределение СВЧ энергии в ее объеме.

6. Вспомогательные элементы, способствующие достижению равно мерного нагрева материала.

7. Герметизирующие уплотнения и устройства для предотвращения утечки СВЧ энергии из нагревательной камеры в окружающее простран ство.

8. Пульт управления.

Пионером в области создания промышленного микроволнового обо рудования для обработки текстильных материалов является Японская фирма "Ichiking Corporation LTD". На выставке отделочного оборудова ния в Гринвиле фирма демонстрировала установку "Appolotex", которая может использоваться как для беления, так и для крашения полотен тек стильных материалов. Установка состоит из средств натяжения полотна материала, плюсовки, накатного устройства для наматывания после про питки ткани технологическим раствором в ролик. Ролик с тканью поме щается в специальной камере, где обрабатывается микроволнами и пара ми воды [128].

Проведенная фирмой технико экономическая оценка [129, 130] показала, что по сравнению с тра диционным оборудованием при менение запарных СВЧ аппаратов в крашении обеспечивает сущест венную экономию энергоресур сов. Как видно из диаграммы на рис. 37, потребление электро энергии понижается в 2,5—5, раз, пара — в 2—10 раз.

Подводя итог настоящему разделу в целом можно сделать вывод о том, что диэлектрический нагрев является мощным и уни версальным способом повышения эффективности практически лю бых технологических процессов, основанных на тепловлажностной обработке текстильных материа лов.

Более широкое внедрение ВЧ и СВЧ нагрева в текстильное про изводство, по мнению автора, Рис. 37. Расход электроэнергии и пара связано с дальнейшим совершен- для различных способов:

1 — крашение в СВЧ поле;

2 — крашение в ствованием данного класса тех навое;

3 — красильная барка;

4 — запарива ники в направлении создания ние под давлением;

5 — запаривание при оборудования для непрерывной 100 оС;

6 — обработка перегретым паром обработки текстильных материа лов в виде расправленного полотна, что позволит использовать его в со ставе поточных линий, предназначенных для обработки тканей в различ ных операциях подготовки, крашения и заключительной отделки.

2. Фотохимическая (УФ) активация Как известно, протекание любых фотохимических процессов обуслов лено воздействием на вещество УФ или видимого света. УФ лучи являют ся частью электромагнитного спектра и занимают область с длиной волны от 10 до 400 нм между ионизирующим излучением и видимым светом (рис. 1). Область УФ излучения условно делится на ближнюю 400— 200 нм и далекую, или вакуумную (200—10 нм). УФ излучение с длиною волны 10—200 нм сильно поглощается воздухом и его исследование и применение возможно только в вакууме. Фотохимические процессы, ко торые нашли применение в промышленности, базируются на использова нии УФ излучения с диапазоном длин волн от 200 нм, определяемым пропусканием кварца, (который является конструкционным материалом для изготовления источников УФ излучения) до 700 нм, где начинается ИК область. УФ излучение, обладающее достаточно большой энергией фотона, способно, поглощаясь веществом, активно изменять его физиче ские и химические свойства. При поглощении могут происходить процес сы, не связанные с изменением облучаемого вещества, сопровождающие ся излучением энергии возбужденными молекулами (фотоэффект). При других условиях взаимодействие со светом может нарушать химическую связь в молекулах, что вызывает различные химические реакции (окисле ние, восстановление, разложение, полимеризацию и др.) [131, 132]. Ука занные фотохимические превращения могут использоваться в различных технологических процессах отделки текстильных материалов. Так, явле ние фотодеструкции может являться основой для осуществления процесса беления тканей, в которых разрушение хромофорной системы окрашен ных компонентов волокна происходит под воздействием УФ света [133, 134]. Необратимые повреждения молекул ДНК при УФ облучении дают возможность осуществлять бактерицидную обработку [135]. Реак ции окисления и фотолиза лейкоэфиров кубовых красителей положены в основу при создании фотохимического способа крашения тканей кубозо лями [136]. Реакция фотополимеризации может быть применена для УФ отверждения фотоактивных компонентов в заключительной отделке [137, 138], а также для прививки полимеров на волокне с целью модифи кации его свойств [139] и т. д.

2.1 УФ активирование процессов беления хлопко- и льносодержащих тканей Известно, что результатом воздействия УФ излучения на большинство природных и синтетических красителей является разрушение хромофор ной системы и их обесцвечивание [131]. На этом свойстве основан ста ринный способ беления тканей под действием светового излучения (сол нечного света), который известен как "луговое" беление — ткань пропи тывали раствором поташа и во влажном состоянии выдерживали дли тельное время под действием солнечного света.

Значительный теоретический и практический интерес представляют проводимые в ИХР РАН исследования механизма фотодеструкции при родных красителей хлопка. Основными природными пигментами, при дающими хлопчатобумажным материалам желто-коричневый оттенок, являются флавонолы. Кверцетин — один из главных представителей это го класса соединений. В работе [140] показана принципиальная возмож ность прямого фотохимического окисления кверцетина при воздействии УФ света. Однако, с точки зрения создания эффективного фотохимиче ского процесса беления тканей использование метода прямого фотоокис ления окрашенных примесей волокна нецелесообразно ввиду большой длительности УФ экспозиции и высоких энергетических затрат для дос тижения приемлемого технологического результата.

В ряде исследований обосновывается новый подход к использованию УФ излучения в целях беления тканей. Он заключается в совместном ис пользовании небольших доз окислителей и УФ облучения. В этом случае УФ свет оказывает активирующее воздействие на процесс разрушения используемых в качестве белящих реагентов окислителей (пероксид во дорода, гипохлорит натрия) с образованием свободных радикалов, кото рые в свою очередь являются более мощными окислителями. Причем, наиболее сильное воздействие на пероксид водорода оказывает коротко волновое излучение в диапазоне 220—390 нм [141]. В присутствии УФ пероксид водорода дает радикал.HO, который имеет окислительный по тенциал 2,87 В, а пероксид водорода — 1,77 В [142]. При совместном действии УФ света с окислителями усиливается разрушение окрашенных примесей волокна. В результате значительно повышается скорость беле ния текстильных материалов.

Однако, образующиеся при УФ облучении радикалы окисляют не только сопутствующие вещества хлопка, но они также параллельно по вреждают целлюлозу волокна, причем процесс разрушения усиливается с увеличением времени облучения. Показано [143], что присутствие кисло рода в системе ускоряет деструкцию целлюлозы при облучении ее в ближней области УФ спектра и мало влияет на деструкцию при облуче нии дальним УФ светом. Выявлено также, что при смещении интенсивно сти УФ излучения в длинноволновую часть спектра скорость фотолиза целлюлозы снижается. Отмеченные факты имеют значение при выборе типа источника УФ излучения с точки зрения его спектрального состава при практической реализации фотохимической технологии беления тка ней.

Необходимо отметить, что лигнин и целлюлоза по разному ведут себя при УФ облучении, т.к. лигнин — вещество ароматического характера, имеющего систему с сопряженными двойными связями. Поэтому он по сравнению с целлюлозой способен окисляться при меньшей дозе погло щенной УФ энергии.

Табл. 24. Качественные показатели беления хлопчатобумажной ткани с активацией УФ светом полимеризации растворов (уд.) Расстояние, см Вязкость МА белизны, % деструкции Разложение облучения Степень Степень Степень Н2О2, % Время Суровая — 63,5 1,81 2402 — — 10 с 5 74,3 1,60 22,09 0,10 16, 15 с 5 77,0 1,26 1863 0,31 53, 20 с 5 77,2 0,83 1347 0,72 98, 10 с 10 67,0 1,79 2385 0,01 10, 20 с 10 69,2 1,62 2228 0,09 23, 30 с 10 71,0 1,22 1818 0,34 62, 60 с 10 73,8 1,03 1598 0,50 89, 5 мин. 30 70,4 1,72 2291 0,06 10, 10 мин. 30 76,3 1,63 2238 0,08 30, 15 мин. 30 80,1 1,50 2112 0,15 56, 20 мин. 30 80,4 1,32 1927 0,27 82, Запаривание — 84,2 1,66 2266 0,07 99, 45 мин.

Следовательно, при разработке фотохимического процесса беления тканей с целью сохранения механической прочности текстильных мате риалов необходимо обоснование оптимальных параметров УФ облучения.

Это связано как с правильным выбором спектрального состава источни ков УФ излучения, рациональным подбором энергетических и временных параметров УФ обработки, так и с "щадящей" дозировкой химических реагентов, и, в первую очередь, окислителей и использованием специаль ных фотоактиваторов процесса беления.

В работе [133] проведено исследование возможности использования фотоактивации УФ излучением процесса щелочно-перекисного беления хлопчатобумажных тканей для снижения расхода пероксида водорода и ликвидации наиболее энергоемкой операции запаривания. Обработку осуществляли ртутной лампой ДРЛ—400 мощностью 400 Вт. Белящий раствор содержал пероксид водорода (100%) — 5 г/л, метасиликат натрия — 9 г/л, смачиватель — 0,5 г/л. В табл. 24 отражено влияние на результа ты беления хлопчатобумажной ткани времени УФ облучения и удельной мощности излучения (расстояние источника до ткани).

Из полученных данных следует, что наиболее высокую степень белиз ны можно получить при облучении с низкой удельной мощностью излу чения (при расстоянии 30 см). Однако высокая длительность облучения (30 мин) неприемлема для промышленного использования. Авторами от мечается, что повышение мощности излучения приводит к разогреву тка ни, причем при достижении температуры 45—55 оС (появление пара) про исходит резкое увеличение степени деструкции целлюлозы, о чем свидетельствуют табличные значения вязкости медноаммиачных раство ров и степени деструкции целлюлозы.

Для преодоления этого недостатка предложено производить многоста дийное облучение с чередованием операций пропитки ткани белящим раствором и УФ облучением. Из табличных данных видно, что в резуль тате ускоренного разложения пероксида в условиях одностадийного беле ния общий расход пероксида увеличится в 5—10 раз. Поэтому концен трацию пероксида снизили и варьировали от 0 до 2 г/л при концентрации метасиликата 5 г/л. Количество циклов пропитки и облучения составляло 10 и 20. Полученные данные приведены в табл. 25.

Из результатов экспериментов следует, что увеличение цикличности процесса снижает степень деструкции целлюлозы. В цитируемой работе также отмечается, что, во-первых, степень белизны при снижении кон центрации пероксида водорода и даже полном его исключении уменьша ется незначительно вследствие преобладания процесса фотодиссоциации химических связей в окрашенных примесях в сочетании с реакциями фотоокисления, происходящими с участием кислорода и свободных радикалов, образующихся при фотолизе воды. И, во-вторых, эффективность фотоотбеливания можно повысить добавлением к раствору метасиликата веществ, вызывающих набухание волокон хлопка:

мочевины, ацетамида, тетрабората натрия, а также хлоридов натрия и калия. Степень белизны при этом повышается на 2—3 %.

Табл. 25. Влияние цикличности УФ облучения на результаты беления хлопчатобумажной ткани полимеризации циклов / время растворов (уд) Концентрация Вязкость МА облучения, с Количество деструкции белизны, % Н2О2, г/л Степень Степень Степень 2 10/20 81,8 1,44 2052 0, 2 10/30 82,0 1,12 1705 0, 2 20/7 81,3 1,54 2152 0, 2 20/10 82,5 1,48 2093 0, 2 20/15 83,3 1,33 1938 0, 1 20/10 81,3 1,5 2112 0, 1 20/15 83,0 1,43 2042 0, 0,5 20/10 80,1 1,56 2171 0, 0,5 20/15 82,1 1,45 2062 0, 0 10/30 79,5 1,5 2112 0, 0 20/10 77,5 1,62 2229 0, 0 20/15 80,9 1,53 2142 0, 0 20/20 81,8 1,48 2093 0, * — 63,5 1,81 2402 — Примечание. * — суровая ткань.

В Ивановском НИЭКМИ проведены исследования по разработке ин тенсифицированных способов подготовки и беления хлопкосодержащих тканей с применением УФ излучения [134]. В качестве объектов исследо вания использовались хлопчатобумажные, хлопколавсановые и льносо держащие ткани. УФ обработку образцов тканей осуществляли на лабора торной установке, снабженной дуговой ртутной лампой ДРТ мощностью 1000 Вт.

На предварительном этапе исследований, учитывая данные работы [133], было проверено влияние облучения на влажность хлопчатобумаж ной ткани. Установлено, что в результате мощного теплового воздействия от дуговой ртутной лампы имеет место интенсивная сушка волокнистого материала. Влияние времени облучения и расстояния от источника до ткани на кинетику сушки хлопчатобумажная ткани проиллюстрировано на рис. 38. Как видно, при минимальном расстоянии от УФ лампы влаж ность ткани снижается от 100 % до 50 % уже за 15 с обработки. Посколь ку процесс беления тканей требует поддержания влажности ткани на дос таточно высоком уровне, отмеченный факт подтверждает необходимость организации процесса УФ обработки циклами, т.е. путем чередования операций пропитки ткани белящим рас твором и кратковременного УФ облуче ния. В данном исследовании стояла задача снижения числа циклов пропитки и облу чения до технологически приемлемого 3 Интенсивность (K/S) уровня, поскольку рекомендуемые в рабо те [133] параметры УФ обработки (10—20 циклов) с точки зрения практической реа- лизации вряд ли можно считать приемле- мыми.

С целью оптимизации процесса УФ бе ления исследовали зависимость качест- 0 1 2 3 Время, мин.

венных показателей хлопколавсановой ткани (55 % хлопка, 45 % лавсана) — бе- Рис. 38. Кинетика сушки хлопчато лизны, капиллярности, механической бумажной ткани при обработке прочности от параметров УФ обработки ртутной лампой мощностью 1 КВт (числа циклов пропитки — облучения, при расстоянии до ткани:

времени облучения и расстояния ткани до 1 — 40 см;

2 — 20 см;

3 — 10 см источника излучения).

В качестве примера на рис. 39 пред ставлена зависимость степени белизны ткани от времени УФ облучения и числа циклов пропитки ткани белящим раство ром при расстоянии от УФ источника 10 см. График наглядно показывает, в ка кой степени белизна ткани определяется исследуемыми параметрами. Очевидно, что максимальный эффект обработки на блюдается при наиболее жестких условиях облучения ткани.

Следует отметить, что при всех иссле Рис. 39. Влияние цикличности и времени дованных вариантах УФ обработки капил УФ обработки на степень белизны хлопко лярность обработанной ткани составляла лавсановой ткани.

160—175 мм/час. Оценка разрывной на грузки отбеленной ткани показала, что увеличение числа циклов обработ ки выше 4-х нецелесообразно из-за снижения механической прочности ткани ниже допустимого уровня.

Изучили [134] влияние концентрации пероксида водорода в отбели вающем составе и времени УФ обработки на белизну и механическую прочность хлопколавсановой ткани (рис. 40). Процесс обработки включал четыре цикла пропитки и облучения.

а) б) Рис. 40. Влияние концентрации пероксида и времени УФ обработки на степень белизны (а) и механическую прочность (б) ткани Из графика на рис. 40,а видно, что с ростом концентрации пероксида и времени УФ облучения белизна ткани возрастает, однако при этом меха ническая прочность ткани снижается (рис. 40, б). Следовательно, сущест вует оптимальная область параметров обработки, обеспечивающая сохра нение прочностных свойств ткани в пределах ГОСТа.

15 На рис. 41 приведен график в 14 виде набора сечений поверхности, Время УФ облучения, с 13 который устанавливает взаимо 12 связь между параметрами обработ 11 ки и разрывной нагрузкой обрабо 10 танной ткани. Следует отметить, 9 что область параметров, лежащая 8 ниже линии уровня со значением 784, обеспечивает сохранение ме ханической прочности ткани на уровне требований ГОСТа.

3 4 5 6 7 8 9 10 Задачу определения оптималь Концентрация пероксида, г/л ных параметров процесса УФ беле Рис. 41. Область параметров, обеспе ния решали путем математического чивающая сохранение механической моделирования зависимостей каче прочности ткани.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.