Интенсификация процессов пероксидного беления целлюлозосодержащих тканей ультразвуковыми полями
| Стабилизатор | Концен-трация, г/л | Константа скорости разложения H2O2, k, с-1 | Капил-лярность, мм/час | Степень белизны, % | Прочность на разрыв, Н | |
| основа | уток | |||||
| Силикат натрия | 10 | 9,110-5 | 98 | 78,9 | 690 | 485 |
| Стабилизатор ПБ | 5 | 9,310-5 | 110 | 80,2 | 678 | 475 |
| Престоген ЕБ | 6 | 9,210-5 | 114 | 80,3 | 678 | 473 |
| Стабилизатор АС | 6 | 9,910-5 | 118 | 81,8 | 684 | 476 |
В таблице 1 представлены данные по скорости разложения пероксида водорода, степени белизны и прочности ткани в зависимости от вида стабилизатора. Из приведенных в таблице данных видно, что использованные стабилизаторы обладают приблизительно одинаковым стабилизирующим действием на пероксид водорода в процессе беления с ультразвуковым воздействием. Константа скорости разложения пероксида водорода для всех приведенных стабилизаторов лежит в интервале 9,110-5 – 9,910-5 с-1. Однако при использовании силиката натрия значение белизны и капиллярности ниже, чем при использовании органических стабилизаторов, так как в состав использованных органических стабилиза-торов входят поверхностно-активные вещества анионактивной и неионогенной природы.
Влияние концентрации стабили-затора АС на степень белизны и прочностные показатели хлопко-полиэфирной ткани иллюстрирует рисунок 6. Из полученных зависимостей видно, что максимальная степень белизны хлопкополиэфирной ткани в процессе ультразвукового беления достигается при концентрации стабилизатора АС — 6 г/л, при этом потеря прочности волокна составляет всего 2,5-3,0 %.
Для обеспечения необходимых показателей белизны и капиллярности хлопкополиэфирной ткани необходимо определить оптимальную концентрацию пероксида водорода в процессе беления с использованием ультразвука.
Как видно из рисунка 7, повышение концентрации пероксида водорода до 9 г/л приводит к значительному увеличению капиллярности и степени белизны хлопкополиэфирной ткани до 116 мм и 81,7% соответственно. Однако дальнейшее увеличение концентрации пероксида водорода до 12-15 г/л нецелесообразно ввиду незначительного прироста капиллярности и степени белизны.
Обобщая полученные эксперимен-тальные результаты, можно сделать вывод, что для достижения высоких качественных показателей хлопкополиэфирной ткани процесс беления с использованием низкочастотных ультразвуковых волн следует проводить в нейтральной среде при интенсивности ультразвуковых колебаний 3 кВт/см2 в течение 20 минут раствором с температурой 60°С, содержащим, г/л: пероксид водорода – 9, стабилизатор АС- 6.
3.2. Влияние ультразвуковых колебаний на окислительно-восстановительный потенциал пероксида водорода и окислительную способность его по отношению к текстильному материалу
Для получения результатов по изучению изменения ОВП систем: вода; пероксид водорода-вода проведен эксперимент, в котором исследуемые системы подверглись воздействию ультразвука с мощностью 3 кВт. Для сравнения оценено изменение ОВП системы пероксид водорода – вода при термостатировании. Потенциометрические измерения проводились на приборе рН-милливольтметр рН-340 с использованием платинового электрод в паре с хлорсеребряным электродом сравнения в течение 30 минут с интервалом измерения – 5 мин.
Представленные на рис. 8 результаты показывают, что при воздействии ультразвука на воду ОВП возрастает от 0 до 0,3 В. Результаты эксперимента подтверждают литературные данные о звукохимической реакции образования пероксида водорода в воде. На начальном этапе термостатирования системы пероксид водорода – вода ОВП увеличивается с 0 до 0,04 В, в дальнейшем ОВП изменяется незначительно, что объясняется термической устойчивостью пероксида водорода. При ультразвуковом воздействии на систему пероксид водорода – вода ОВП возрастает с 0 до 1,78 В, что свидетельствует об интенсивном протекании окислительно-восстановительных процессов с участием пероксида водорода и непосредственно воды, которая также претерпевает ряд химических превращений.
Читайте также: Красивая блестящая ткань для платья
Полученные результаты изменения ОВП воды под действием ультразвука вероятнее всего, можно объяснить следующим: ультразвуковые волны выбивают из молекулы воды электрон, что приводит к образованию ионизованной частицы воды: 
, распадающейся по схеме: 
. Оторванный электрон проходит расстояние, определяемое энергией, с которой он выбит из молекулы. На своем пути электрон может быть присоединен к молекуле воды или к иону водорода, в результате чего образуется атомарный водород: 
, или 
;
Вследствие этого велика вероятность взаимодействия между свободными радикалами и между отдельными атомами, что приводит к образованию дополнительных пергидроксил-ионов или даже пероксида водорода. Так возможны реакции: 
или 
. При воздействии ультразвуковых волн на водные растворы ионизация молекул воды осуществляется в газовой фазе, т.е. в кавитационных полостях. Продолжительность жизни кавитационного пузырька составляет меньше половины периода применяемой ультразвуковой частоты (
). В свою очередь, время существования образующихся радикалов равно 
с. Последнее позволяет считать, что с аннигиляцией пузырька в водную среду переходят активные в химическом отношении гидроксильные радикалы и водородные атомы, что значительно повышает ОВП пероксидного раствора и увеличивает его окислительную способность по отношению к природному полимеру в процессе беления.
Из представленной динамики изменения ОВП пероксидного раствора (Рис. 9) наглядно видно, что обработка его ультразвуком повышает окислительную способность пероксида водорода и значительно инициирует процесс перехода ОВП в положительную область. Так если для термостатированых пероксидных растворов скачок, обуславливающий переход ОВП в положительную область, соответствует 13 минутам (кривая 2), то при обработке ультразвуком –5 минутам (кривая 1). Из рисунка видно, что зависимость изменения ОВП пероксидного раствора при ультразвуковом воздействии носит экстремальный характер. Максимальное значение ОВП пероксидного раствора, обработанного ультразвуком, достигает за 15 мин значения +0,3 В, а при термостатировании максимальное значение ОВП пероксидного раствора имеет значение +0,16 В и достигается за 20-25 мин. Повышение ОВП пероксидного раствора, а следовательно, увеличение окислительной способности его по отношению к волокнообразующему полимеру, можно объяснить появлением дополнительных пергидроксил-ионов в растворе.
3.3. Оценка звукохимического воздействия на сопутствующие и нанесенные примеси текстильного материала в процессе беления.
В работе экспериментально оценена эффективность влияния низкочастотных ультразвуковых колебаний на нанесенные в процессе ткачества примеси. В качестве объекта исследования использованы суровая хлопчатобумажная ткань и шлихта различного состава, используемая для шлихтования пряжи. Основными критериями оценки эффективности ультразвукового воздействия на шлихтующие препараты были выбраны следующие: капиллярность, степень удаления шлихты, кинематическая вязкость шлихты.
Читайте также: Ткань для чистки мытья
Исследования проводили на шлихтующих препаратах приготовленных на основе крахмала, карбоксиметилцеллюлозы и поливинилового спирта. Шлихтующие препараты подвергались воздействию ультразвуковых волн с частотой 22 кГц и мощностью 3 кВт в течение 20 минут на приборе ИЛ-100-6/6
На рис. 10 представлены результаты ультразвукового воздействия на кинематическую вязкость природных и синтетических полимеров. Из литературных источников известно, что ультразвуковые волны не только вызывают разжижение коллоидного раствора, но и разрывают коллоидные агрегаты на более мелкие частицы, что сопровождается изменением гидратационных процессов. Влияние ультразвуковых волн на структуру геля сопровождается нарушением макромолекулярной сетки, что, в свою очередь, отражается на скорости диффузии веществ, проникающих в исследуемые гели. Полученные результаты подтверждают теоретические предпосылки. Кинематическая вязкость исследуемой крахмальной шлихты и шлихты из карбоксиметилцеллюлозы резко снижается уже за 1 минуту ультразвуковой обработки с 200 до 60 и со 110 до 50 м2/с соответственно. Для шлихты из поливинилового спирта требуется более продолжительная ультразвуковая обработка и в течение 10 минут вязкость снижается в 2 раза. Этот результат можно объяснить тем, что разрушаются главным образом макромолекулы с наиболее длинными цепями.
Для выявления влияния ультразвукового воздействия на степень удаления шлихтующего препарата, включаю-щего крахмал, поливиниловый спирт, олеиновую и уксусную кислоту, хлопко-полиэфирную ткань отбеливали раствором, содержащим, г/л: пероксид водорода – 9, стабилизатор АС – 6. Опыт проводился на установке УЗВ-28/200 МП с интенсивностью ультразвукового воздействия 3 кВт/см2 в течение 20 минут. Для сравнения приведены результаты беления хлопко-полиэфирной ткани классическим жидкостным способом с содержанием в растворе, г/л: пероксида водорода – 10, едкого натра – 2,5, силиката натрия – 10, смачиватель – 1
Представленные на рисунке 11 данные показывают, что при ультразвуковом способе беления удаление шлихтующего препарата происходит практически полностью за 20 минут, при классическом способе те же результаты достигаются за 60 минут. Эффективное удаление шлихты с текстильного материала является результатом окислительного действия пероксида водорода и эффекта деполимеризации в ультразвуковом поле, который является суперпозицией двух процессов: действия механических напряжений при деформации макромолекул в процессе обтекания участка макромолекулы потоком растворителя и действия кавитации с обусловленными ею ударными волнами, кумулятивными струями, микропотоками.
На рисунке 12 представлены УФ-спектры диоксановых экстрактов лигнина хлопковой шелухи, отбеленной в различных условиях. Спектральная кривая лигнина исходной хлопковой шелухи (кривая 1) имеет характерный максимум в области 280 нм и плато в области 320-340 нм. После пероксидного беления в условиях термостатирования (кривая 2) на спектре лигнина хлопковой шелухи наблюдается снижение интенсивности поглощенного ультрафиолетового излучения по всей длине спектра, а характеристическое плато при 320-340 нм практически исчезает, что свидетельствует об окислении карбониль-ных и фенольных гидроксильных групп лигнина пероксидом водорода. При белении с использованием ультразвуковой обработки (кривая 3) происходит не только значительное снижение интенсивности поглощенного излучения, но и небольшой батохромный сдвиг максимума на спектре в длинноволновую область. По всей видимости, молекулярные изменения в лигнине хлопковой шелухи, отбеленной с использованием ультразвука, характеризу-ются разрушением не только хромофорной системы, но и ароматических структур. Совместное действие ультразвука и пероксидного раствора приводит к деструкции разветвленной полимерной молекулы лигнина на более мелкие фрагменты, что способствует их последующему легкому удалению с поверхности материала акустическими течениями.
Читайте также: У моховидных отсутствует покровная ткань
Таблица 2
Влияние способа беления на изменение содержания сопутствующих примесей хлопковой составляющей хлопкополиэфирной ткани
| Способ беления | Время беления, мин | Содержание воскообраз-ных веществ, % | Содержание пектино-вых веществ, % | Капиллярность, мм/час |
| Суровая ткань | — | 0,73 | 0,98 | 0,3 |
| Двухстадийный | 60/60 | 0,32 | 0,031 | 120 |
| Одностадийный | 60 | 0,59 | 0,061 | 91 |
| Одностадийный с ультразвуком | 20 | 0,37 | 0,035 | 118 |
С целью выяснения эффективности ультразвукового воздействия на хлопкополиэфирную ткань сопоставлены результаты влияния различных способов беления на изменение содержания воскообразных и пектиновых веществ в хлопковой составляющей ткани. Из представленных в таблице 2 данных наглядно видно, что после одностадийного беления с использованием ультразвука содержание воскообразных и пектиновых веществ соответствует уровню содержания этих веществ в хлопковом волокне после двухстадийного способа беления. Применение ультразвука позволяет значительно повысить капиллярность хлопкополиэфирной ткани в процессе одностадийного способа беления при сокращении времени обработки в 3 раза.
3.4. Определение степени повреждения хлопкового и полиэфирного волокна смесовой ткани в процессе ультразвукового беления
В данном разделе была оценена степень повреждения хлопкового и полиэфирного волокна смесовой ткани в процессе ультразвукового беления. Беление хлопкополиэфирной ткани осуществляли жидкостным способом в растворе, содержащим, г/л: пероксид водорода – 9, стабилизатор АС – 6. Беление ткани проводили на установке УЗВ-28/200 МП с интенсивностью ультразвукового воздействия 3 кВт/см2 в течение 20 минут. Для сравнения приведены результаты беления хлопкополиэфирной ткани классическим жидкостным способом в течение 60 минут раствором, содержащим, г/л: пероксида водорода – 10, едкого натра – 2,5, силиката натрия – 10, смачиватель – 1.
Химические превращения целлюлозы хлопка определяли по содержанию функциональных (альдегидных и карбоксильных) групп и окрашиванию волокна красителем метиленовым голубым, степень деструкции волокна – по изменению степени полимеризации целлюлозы хлопка и структуры поверхности волокна текстильного материала. В таблице 3 приведены технические результаты беления хлопкополиэфирной ткани различными способами.
Таблица 3
Технические результаты беления хлопкополиэфирной ткани