СПОСОБ КАРБОНИЗАЦИИ ШЕРСТЯНОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2002 года по МПК D01C3/00 

Изобретение относится к области подготовки шерстяных материалов, а именно к способу карбонизации с применением вспененных композиций.

Известны способы карбонизации шерстяных материалов, заключающиеся в их обработке водным раствором серной кислоты концентрацией 4-6% (Шиканова И. А. Технология отделки шерстяных тканей. - М. : Легкая индустрия, 1972, с. 107-114, 364), растворами солей сильных кислот, газообразным хлоридом водорода и других соединений кислотного характера (Новорадовская Т. С. , Садова С. Ф. Химия и химическая технология шерсти. - М. : Легпромбытиздат, 1986, 200 с). Во всех случаях после пропитки шерстяного материала в соответствии с известными способами карбонизации следует его тепловая обработка в режиме сушки (70-90^oС) и термообработки (100-125^oС) с постепенным повышением температуры для разрушения растительных целлюлозных примесей. На следующей стадии процесса примеси в форме гидроцеллюлозы удаляются механическим путем, а материал подвергается нейтрализации по содовому или аммиачному способу для удаления остатков кислоты. заканчивается процесс карбонизации промывкой и сушкой текстильного материала (Отделка и крашение шерстяных тканей / Под общей ред. В. Л. Молокова. - М. : Легпромбытиздат, 1985, 264 с).

Известные способы водной карбонизации характеризуются высокими показателями расхода воды, пара, электроэнергии, снижают прочностные показатели шерстяного материала, не обеспечивают полного удаления растительных примесей. Использование при их применении концентрированных растворов кислот и щелочных агентов является причиной повышенной деструкции шерстяного волокна, ухудшения его свойств, возникновения экологических проблем в красильно-отделочном производстве.

Устранение указанных недостатков в какой-то степени достигается путем использования пенных способов карбонизации шерстяных материалов, которые имеют следующие преимущества перед водными процессами аналогичного назначения (Guth C. , Gysin H. P. // Textilveredlung - 1980, 15, p. 428-434), (Schutz R. // Mell Textilber - 1981, 62, p. 16-18): минимальное нанесение влаги на материал, что позволяет при пониженной концентрации серной кислоты обеспечить высокую эффективность разрушения целлюлозных примесей; обеспечение лучшей сохранности и механической прочности шерстяных волокон при их обработке в пенной среде; обеспечение экономии материальных ресурсов, улучшение условий труда и экологической безопасности технологического процесса.

Возможные проблемы пенной карбонизации заключаются в пониженной стабильности сильнокислых вспененных ванн, усилении взаимодействия кислоты с кератином шерсти в присутствии анионоактивных пенообразователей, затруднении испарения влаги при повышенной концентрации поверхностноактивных веществ (ПАВ) (Pressley T. A. Proc Int Wool Textil Res Conf - 1985, Part, 2, p. 389-397).

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ карбонизации шерстяных материалов с помощью вспененной композиции, полученной из водного раствора, содержащего 96%-ную серную кислоту в концентрации 10-11% и анионоактивное ПАВ (Lavoral LO) в количестве 0,5-1,0% с последующей сушкой, термообработкой и охлаждением. (Rouette H. K. Ohm A // Mekk Textilber - 1981, 62, p. 583-589). Реализация этого способа карбонизации предусматривает получение и применение пены со следующими свойствами: кратность (степень вспенивания) - 8-12; период полураспада (время истечения половины содержащейся в пене жидкости) - 5-10 мин; приращение массы материала при пропитке (МП) - 25-30%.

Недостатками известного способа карбонизации с применением вспененного состава являются: пониженная стабильность пены вследствие высокой концентрации серной кислоты; использование в качестве пенообразователя индивидуального анионоактивного ПАВ (Lavoral LO) на основе сульфата жирного спирта, обладающего невысокой пенообразующей способностью (пониженная кратность карбонизационной пены) и усиливающего деструкцию кератина шерсти при высокой концентрации серной кислоты; высокая остаточная концентрация кислоты на материале после карбонизации, что требует проведения операции нейтрализации (по аммиачному или содовому способу) с дополнительным ослаблением волокна, увеличением расхода химических материалов, ухудшением условий труда при проведении технологического процесса.

Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретения, является проведение процесса карбонизации шерстяных материалов по способу, предусматривающему получение и использование вспененных композиций повышенной кратности и стабильности с пониженной концентрацией серной кислоты, при применении которых исключается операция нейтрализации карбонизированного материала, улучшаются его прочностные и потребительские свойства, а также условия и последствия реализации соответствующей технологии.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе карбонизации с использованием вспененной композиции на основе водного раствора серной кислоты с пониженной концентрацией и поверхностно-активного вещества, представляющего из себя синергетическую смесь анионактивного (алкилбензолсульфонат натрия) и неионогенного (оксиэтилированные производные ароматических соединений) ПАВ (сульфосид 61) пропитку шерстяного материала осуществляют дисперсным составом вспененной композиции при следующем содержании компонентов, мас. %:
Серная кислота (96%) - 5 - 6
Синергетическая смесь анионактивного и неионогенного ПАВ (сульфосид 61) - 0,15 - 0,25
Вода - Остальное
Кратностью (степень вспенивания) 12 - 18,5; периодом полураспада (время истечения половины содержащейся в пене жидкости) 18 - 33,5 мин, до приращения массы 15 - 17%.

Нейтрализацию высушенного, термообработанного и охлажденного материала осуществляют преимущественно путем интенсивной промывки водным раствором синтетических моющих средств щелочного характера.

Согласно изобретению способ пенной карбонизации осуществляют следующим образом:
1. Вспенивание указанной пенообразующей жидкости в режиме скоростного перемешивания или пеногенерирования (статического или динамического) с получением пенных композиция с необходимыми свойствами, указанными в табл. 1. (см. в конце описания).

2. Пропитка полученной пеной шерстяного материала до значений мокрого приращения массы (МП) 15-17%.

3. Высушивание пропитанного материала при 70-90^oС до уровня остаточной влажности 8-9%.

4. Термическая обработка материала при 110-125^oС с целью разрушения растительных целлюлозных примесей.

5. Интенсивная промывка охлажденного материала в водных растворах моющих средств (ПАВ) (3-5 г/л) щелочного характера.

6. Сушка материала.

Применение в рекомендуемом способе высокократных, стабильных, более вязких и монодисперсных пенных композиций с пониженным содержанием серной кислоты обеспечивает ее минимальное нанесение на материал с лучшим сохранением его прочностных характеристик по сравнению с использованием известного технического решения (табл. 2). Снижению деструктирующего действия серной кислоты способствует содержание в сульфосиде 61 неионогенного ПАВ, оказывающего защитное действие по отношению к волокну.

Предлагаемый способ карбонизации проводится без нейтрализации ткани.

Возможность исключения нейтрализации при применении предлагаемого способа пенной карбонизации дополнительно способствует сохранению прочностных и других ценных свойств шерстяного материала, позволяет сократить число технологических операций, потребление материальных ресурсов, предотвратить выделение паров аммиака, улучшить условия труда и экологию красильно-отделочного производства.

Изобретение предусматривает максимально интенсивную промывку карбонизированного материала с целью удаления остатков кислоты в условиях отсутствия операции нейтрализации. При этом должны применяться методы интенсификации промывного процесса и моющие средства, образующие при разложении и гидролизе максимально щелочную среду.

При проведении карбонизационного процесса требуется обеспечить полное удаление целлюлозных растительных примесей. Проверка полноты термокислотной деструкции и удаления примесей из шерстяного материала, прошедшего водную, пенную (по известному решению) и предлагаемую пенную карбонизацию, показала, что в последнем случае обеспечивается наиболее полное разрушение целлюлозных компонентов (по значениям удельной вязкости их сернокислых растворов). Процентное содержание примесей в материале после всех способов карбонизации находится на близком уровне, соответствующем существующим нормативным требованиям (табл. 3).

Повышению эффективности разрушения целлюлозных примесей при использовании предлагаемого способа пенной карбонизации с пониженной концентрацией серной кислоты способствуют высокие смачивающие и сорбционные свойства вспененных композиций на основе сульфосида 61, обеспечивающего равномерную и глубокую пропитку шерстяного материала (табл. 4).

Таким образом, использование заявляемого пенного способа карбонизации шерстяных материалов обеспечивает достижение преимуществ по показателям эффективности, ресурсосбережениям, качества продукции, условий и последствий проведения данного технологического процесса. Его реализация также способствует решению экологических проблем красильно-отделочных производств предприятий шерстяной промышленности.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Получают вспененную композицию на пеногенераторе статического типа с использованием пенообразующего раствора, мас. % серная кислота (96%) - 5,0; сульфосид 61 - 0,15; вода - остальное.

Свойства пены: кратность - 18; период полураспада, мин - 17; средний диаметр пузырьков, мкм - 105.

Полученной пеной пропитывают шерстяную ткань (арт. 4С50НМ), содержащую 5% полиамидных волокон до приращения массы 15%.

Ткань отжимают, высушивают при 70^oС и проводят термообработку при 110^oС с последующим охлаждением и интенсивной промывкой в водном растворе сульфонола НП - 3 (3 г/л) до остаточного содержания кислоты на ткани не более 0,5% и высушивают.

Пример 2.

Получают вспененную композицию на скоростном перемешивающем устройстве пропеллерного типа при частоте вращения ротора 50-60 с с использованием пенообразующего раствора, мас. %: серная кислота (96%) - 5,6; сульфосид 61-0,20; вода - остальное.

Свойства пены: кратность - 15; период полураспада, мин - 20; средний диаметр пузырьков, мкм - 85.

Полученной пеной пропитывают сукно пальтовое (арт. 4С76НМ) до приращения массы 16%.

Сукно отжимают, высушивают при 80^oС и проводят термообработку при 120^oС с последующим охлаждением и промывкой по принципу противотока в водном растворе метаупона (4 г/л) до остаточного содержания кислоты на сукне не более 0,7%. Сушат сукно.

Пример 3.

Получают вспененную композицию на пеногенераторе динамического роторного типа с использованием пенообразующего раствора, мас. %: серная кислота (96%) - 6,0; сульфосид 61-0,25; вода - остальное.

Свойства пены: кратность - 12; период полураспада, мин - 18; средний диаметр пузырьков, мкм - 75.

Полученной пеной пропитывают шерстяное волокно с высокой степенью засоренности примесями до приращения массы 17%.

Волокно отжимают на центрифуге, высушивают при 90^oС и термообрабатывают при 125^oС с последующей интенсивной промывкой с циркуляцией в водном растворе дуопона 40 (5 г/л) до остаточного содержания кислоты на волокне не более 1%. Сушат волокно.

В табл. 5 представлены качественные показатели процессов карбонизации, проведенных по традиционной водной (вариант 1), известной пенной (вариант 2) и предлагаемой пенной (вариант 3 по трем приведенным выше примерам) технологиям
Представленные данные убедительно свидетельствуют о преимуществах заявляемого способа пенной карбонизации шерстяных материалов. Они были подтверждены при проведении лабораторных и производственных испытаний на кафедре ХТВМ Санкт-Петербургского Государственного университета технологии и дизайна и ОАО "Невская Мануфактура" (Санкт-Петербург).

Изобретение относится к подготовке шерстяных материалов, а именно к способу карбонизации с применением вспененных композиций. Шерстяной материал пропитывают до приращения массы 15 - 17% вспененной водной композицией, содержащей 5-6 мас. % 96%-ной серной кислоты, 0,15-0,25 мас. % сульфосида 61 на основе синергетической смеси алкилбензолсульфоната натрия и оксиэтилированных производных ароматических соединений. Композиция имеет степень вспенивания 12-18,5, период полураспада 18,0-33,5 мин. Материал сушат, термообрабатывают и охлаждают. Дополнительно материал можно нейтрализовать интенсивной промывкой водным раствором синтетических моющих средств щелочного характера. Способ предусматривает получение и использование вспененных композиций повышенной кратности и стабильности с пониженной концентрацией серной кислоты. Улучшаются прочностные и потребительские свойства материала, а также условия и последствия реализации технологии. 1 з. п. ф-лы, 5 табл.

1. Способ карбонизации шерстяного материала пропиткой его вспененной композицией на основе водного раствора 96%-ной серной кислоты и поверхностно-активного вещества, сушкой, термообработкой и охлаждением, отличающийся тем, что в качестве поверхностно-активного вещества в композиции используют сульфосид 61 на основе синергетической смеси алкилбензолсульфоната натрия и оксиэтилированных производных ароматических соединений при следующем содержании компонентов дисперсного состава вспененной композиции, мас. %:
96%-ная серная кислота - 5-6
Cульфосид 61 - 0,15-0,25
Вода - Остальное
композиция имеет степень вспенивания 12-18,5 и период полураспада - время истечения половины содержащейся в пене жидкости 18,0-33,5 мин, а пропитку осуществляют до приращения массы 15-17%. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после охлаждения материал дополнительно нейтрализуют преимущественно путем интенсивной промывки водным раствором синтетических моющих средств щелочного характера.