Содержание к диссертации
Введение
Литературный обзор 12
Теоретические представления о механизме химического и физико-химического действия кавитации
Перспективы технологического применения ультразвука 31
Методическая часть 50
Характеристика объектов исследования 50
1. Текстильный материал 50
2. Характеристика используемых препаратов
Характеристика использованного оборудования
Методы оценки эффективности беления хлопкополиэфирной ткани
1. Методика беления хлопкополиэфирной ткани 52
2. Методика определения капиллярности ткани 52
3. Методика определения белизны ткани 52
4. Методика определения содержания пероксида водорода в растворе йодометрическим методом
5. Методика измерения окислительно-восстановительного потенциала пероксида водорода
6. Методика определения разрывных характеристик ткани 54
7. Методика определения степени удаления крахмальной шлихты
8. Методика приготовления крахмальной шлихты 54
9. Методика определения степени удаления шлихты из поливинилового спирта
10. Методика приготовления шлихты из поливинилового спирта
2.3.11. Методика приготовления шлихты из карбоксиметил- целлюлозы
2.3.12. Методика определения кинематической вязкости шлихты 55
2.3.13. Методика определения степени полимеризации хлопкового волокна
2.3.14. Методика определения степени повреждения волокна с помощью растворов красителей
2.3.15. Методика определения содержания альдегидных групп целлюлозы хлопкового волокна
2.3.16. Методика определения содержания карбоксильных групп целлюлозы хлопкового волокна
2.3.17. Методика определения содержания жировых веществ в хлопковом волокне
2.3.18. Методика определение пектиновых веществ кальций- пектатным методом
2.3.19. Методика спектрофотометрического определения лигнина хлопковой шелухи
2.3.20. Методика растровой электронной микроскопии 60
2.3.21. Методы математической обработки данных 60
3. Экспериментальная часть 63
3.1. Изучение влияния ультразвуковых низкочастотных волн на пероксидные растворы
3.2. Влияние ультразвуковых колебаний на окислительно- восстановительный потенциал пероксида водорода и окислительную способность его по отношению к текстильному материалу
3.3. Оценка звукохимического воздействия на сопутствующие и нанесенные примеси текстильного материала в процессе беления
Определение степени повреждения хлопкового и полиэфирного волокна смесовой ткани в процессе ультразвукового беления
Аппаратурное оформление процесса ультразвукового беления тканей различного ассортимента на оборудовании
текстильных отделочных предприятий
Выводы 107
Список литературы
- Перспективы технологического применения ультразвука
- Методика определения белизны ткани
- Методика определения содержания альдегидных групп целлюлозы хлопкового волокна
- Оценка звукохимического воздействия на сопутствующие и нанесенные примеси текстильного материала в процессе беления
Введение к работе
Актуальность темы: В условиях возрастания дефицита и удорожания энергетических и материальных ресурсов, а так же ужесточения требований к экологической чистоте производства текстильным предприятиям для получения значительного экономического эффекта необходимо внедрять инновационные технологии, позволяющие экономить сырьё, химические материалы, топливно-энергетические ресурсы, воду и ориентироваться на выпуск нового конкурентоспособного ассортимента тканей, отвечающих мировому уровню экологических, технических и эстетических требований. Изготовленные по уникальной технологии, смесовые ткани соединяют в себе отличные эксплуатационные и физико-химические свойства натуральных и синтетических волокон. Такие ткани обладают хорошей воздухопроницаемостью, формоустойчивостью, драппируемостью, обеспечивают гигроскопичность и приятные тактильные ощущения. Особенности подготовки смесовых тканей заключаются в том, что технология должна учитывать индивидуальные свойства волокон, содержание сопутствующих примесей и технологических загрязнений, а также эксплуатационное назначение. При этом необходимо выбирать такие варианты подготовки, при которых требуемый эффект достигался бы при максимальной сохранности наиболее ценных свойств индивидуальных составляющих ткани. Одним из инновационных путей решения вопроса по совершенствованию технологий подготовки современных смесовых тканей является использование ультразвуковых методов интенсификации процессов беления. Преимуществами ультразвуковых технологий являются: инициирование и ускорение протекания химических реакций, возможность сокращения времени обработки, использования нейтральных сред, снижения потребления агрессивных химических реагентов и повышения экологической чистоты технологического процесса и готовой продукции. Поэтому изучение процессов, протекающих под воздействием низкочастотных ультразвуковых волн, в пероксидных растворах и волокнообразующем полимере является весьма перспективным и актуальным с точки зрения научно-практического применения в отделочном производстве текстильной промышленности.
Цель работы заключалась в научном обосновании и создании высокоэффективной технологии пероксидного беления целлюлозосодержащих тканей с использованием низкочастотных ультразвуковых волн.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие научно-исследовательские задачи:
изучение влияния ультразвуковых низкочастотных волн на пероксид водорода и его окислительную способность по отношению к текстильному материалу;
оценка звукохимического воздействия на сопутствующие примеси и технологические загрязнения текстильного материала в процессе пероксидного беления;
исследование влияния ультразвуковых низкочастотных волн на изменение структуры хлопкового и полиэфирного волокна смесовой ткани в процессе пероксидного беления;
выбор рационального технологического режима и аппаратурного оформления процесса ультразвукового беления тканей различного ассортимента на оборудовании текстильных отделочных предприятий.
Общая характеристика объектов и методов исследования. Объектами исследования являлись хлопчатобумажные и хлопкополиэфирные ткани с различным процентным вложением хлопкового и полиэфирного волокна. Экспериментальные исследования осуществляли в лабораторных условиях на ультразвуковом оборудовании УЗВ-28/200 МП и ИЛ-100-6/6 с последующей проверкой результатов в производстве.
Исследования проводились с привлечением современных методов физико-химического анализа: потенциометрического, микроскопического, вискозиметрического, калориметрического, спектрофотометрического, ренгенографического. Погрешность измерений при проведении экспериментов рассчитывали с использованием методов математической статистики.
Научная новизна. Впервые на основе теоретических и экспериментальных исследований установлены закономерности влияния низкочастотных ультразвуковых волн на физико-химические процессы, протекающие в гетерогенной среде с участием твердой фазы в виде волокнистого материала.
Наиболее существенные результаты, полученные в работе:
впервые научно обоснована и экспериментально подтверждена возможность использования низкочастотных ультразвуковых волн в качестве интенсификатора процесса пероксидного беления целлюлозосодержащих тканей;
впервые установлена оптимальная скорость разложения пероксида водорода под действием низкочастотных ультразвуковых волн в процессе беления целлюлозосодержащих тканей;
экспериментально выявлена взаимосвязь между кавитационными явлениями и присутствием поверхностно-активных веществ в пероксидном растворе;
исследовано влияние низкочастотных ультразвуковых волн на окислительно-восстановительный потенциал пероксида водорода и окислительную способность его по отношению к природным и синтетическим полимерам;
впервые изучен процесс удаления сопутствующих примесей и технологических загрязнений хлопкополиэфирной ткани за счет кавитации и окислительного действия пероксида водорода в процессе беления;
созданы научные основы для разработки технологических схем для пероксидного беления целлюлозосодержащих тканей с использованием низкочастотных ультразвуковых волн. Новизна разработанной технологии подтверждена заявкой на выдачу Патента РФ №2009146504/04 (066298), приоритет от 14.12.09.
Практическая значимость. Разработаны практические рекомендации по использованию низкочастотного ультразвукового воздействия в процессе пероксидного беления целлюлозосодержащих тканей на производственном оборудовании периодического и непрерывного действия, а так же дана количественная оценка предполагаемого положительного эффекта, который составляет 420 рублей на 1000 метров обрабатываемой ткани. Материалы диссертации могут быть использованы в лекционном курсе учебных дисциплин «Перспективное оборудование отделочного производства» и «Прогресс технологии» студентам вузов химико-технологического профиля.
Автор защищает:
экспериментально установленную взаимосвязь между интенсивностью ультразвукового воздействия, температурно-временными параметрами беления и качественными показателями отбеленной хлопкополиэфирной ткани;
установленные кинетические зависимости скорости разложения и изменения окислительно-восстановительного потенциала пероксида водорода в процессе беления с использованием низкочастотного ультразвукового воздействия;
теоретически и экспериментально подтвержденную эффективность и целесообразность использования низкочастотных ультразвуковых волн для интенсификации процесса пероксидного беления тканей различного ассортимента;
Апробация работы. Основные результаты работы неоднократно докладывались и обсуждались на конференциях и семинарах разного уровня в 2006-2010 гг. (Международная конференция «Текстиль и химия – 2006: Волокна; красители; ТВВ; Оборудование; Приборы; Технологии», Москва 2006 г.; Международный научно-практический семинар «Физика волокнистых материалов: структура и свойства, наукоемкие технологии и материалы (SMARTEX)», Иваново 2007-2010 гг.; Международная научно-техническая конференция «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности (Текстиль)», Москва 2008-2009 гг.; Международной научно-методической конференции «Достижения в области химической технологии и дизайна текстиля, синтеза и применения красителей», Санкт-Петербург 2009 г. и др.
Публикации. Результаты исследований, отражающих основное содержание диссертационной работы, опубликованы в 30 печатных работах, в том числе в 6 статьях перечня, рекомендованного ВАК РФ, 23 тезисах докладов научно-технических конференций и семинаров, и в материалах заявки на получение патента РФ.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, методической части, экспериментальной части с обсуждением результатов, выводов, списка использованной литературы (131 источник) и 2-х приложений. Научная работа содержит 127 страниц машинописного текста, 24 рис., 5 табл.
Перспективы технологического применения ультразвука
Таким образом, исследователи сталкиваются с парадоксом: при возникновении кавитации практически не осуществляется разрыв жидкости. Чаще всего происходит рост уже имеющихся в жидкости пузырьковых зародышей и резко возрастает поверхность раздела между жидкостью и кавитационными пузырьками. Уже при небольших интенсивностях в жидкости образуются многочисленные пульсирующие пузырьки, движение" которых обусловливает большинство физико-химических и химических эффектов. Эти пузырьки, не образовавшиеся при разрыве жидкости, тем не менее, обычно называются кавитационными.
Флин [3] предложил называть кавитацией совокупность явлений, характеризующихся движением пузырьков в звуковом поле, вызывающим такие эффекты, как химические реакции, эрозия, сонолюминесценция и излучение звука. Хотя это определение основано на изучении ряда эффектов, которые осуществляются независимо друг от друга и возникают при различных условиях, в разные моменты времени и, оно больше отражает реальные процессы, чем рассуждения о разрыве однородной жидкости.
Учитывая, что со временем некоторые из перечисленных эффектов могут спонтанно прекращаться, необходимо применять безынерционные методы регистрации, для чего пригодны только регистрация сонолюминесценции и звукового давления. Даже после преодоления этих затруднений определение кавитации по Флину [3] в принципе не позволяет дать однозначный ответ на вопрос, возникла ли в системе кавитация, так как ответ зависит от множества факторов: характера исследуемого эффекта, методов регистрации, их чувствительности.
Ряд авторов [21] считает, что в отличие от движения обычных, равновесных при данном гидростатическом давлении в жидкости пузырьков, которые могут либо спонтанно образовываться (например, при кипении, при протекании химической реакции, с выделением газа), либо искусственно барботировать в жидкость, для кавитационных пузырьков должна существовать фаза, когда давление внутри них становится выше, чем давление в жидкости, и они расширяются. Если в жидкости создаются акустические колебания, то и упомянутые выше обычные равновесные пузырьки с размером порядка резонансного могут пульсировать синфазно с полем и в принципе становиться кавитационными пузырьками и участвовать в осуществлении ряда физико-химических и химических процессов.
Понижение давления, приводящее к возникновению кавитации, может осуществляться различными способами: созданием потока жидкости при обтекании препятствия или высокой скорости твердых тел относительно жидкости, растяжением жидкости поршнем, быстрым отрывом поршня от жидкости, передачей в жидкость ударных нагрузок и охлаждением жидкости в полностью, заполненном замкнутом сосуде. Распространение в жидкости акустических волн также может приводить к возникновению кавитации вследствие создания в жидкости отрицательных давлений. Соответственно в жидкости возникает гидродинамическая или акустическая кавитация. При гидродинамической кавитации парогазовые пузырьки, которые иногда называют полостями или кавернами, могут достигать больших размеров (нескольких сантиметров) [12-13]. В отличие от гидродинамической кавитации при распространении ультразвуковых волн давление меняет знак с удвоенной частотой поля, и поэтому кавитационные пузырьки весьма малы (10"1 - 10"5 см, что соответствует и резонансным размерам пузырьков).
В последние годы разработан способ создания мощных акустических колебаний в жидкости при низких частотах (10 - 200 Гц). При этом возникает акустическая кавитация с пузырьками размером до 1 - 2 см [22-23], которые вызывают те же химические и физико-химические эффекты, что и ультразвуковая кавитация. В научных исследованиях широко применяется способ создания кавитации в жидкости с помощью сфокусированного излучения импульсных лазеров, большой мощности (так называемая лазерная кавитация). Пузырьки, образующиеся в метастабильной жидкости при прохождении частиц высоких энергий, позволяют визуализировать треки этих частиц; движение такого рода пузырьков можно назвать трековой кавитацией (partical cavitation [24]). Кавитационную природу имеют также многие эффекты, далекие на первый взгляд от первоначального понятия о кавитации: электрический пробой в жидкости [25], взрыв металлической нити в жидкости при пропускании электрического тока, образование и движение пузырьков в смазывающей жидкости между трущимися поверхностями, детонация взрывчатых веществ при ударе, свето- и электрогидравлические эффекты и др.
Согласно теоретическому анализу процесса- сжатия сферического кавитационного пузырька [26, 27], сжатие осуществляется вплоть до полного, исчезновения пузырька в жидкости — схлопывания. Существуют и другие термины, обозначающие этот эффект: захлопывание, коллапс, спадение, смыкание, замыкание, аннигиляция. По общепринятой до последнего времени теоретической модели, в процессе схлопывания, так же как и при фокусировке сходящейся ударной волны, радиальная скорость стенки пузырька и давление в нем непрерывно возрастают по мере уменьшения его радиуса. В результате образуется пик давления, и в направлении от центра пузырька формируется и распространяется в жидкости сферическая ударная волна. Пульсацию пузырьков и образование ударной волны можно наблюдать, например, методом скоростной киносъемки или голографическими методами [24]. В то же время отсутствуют экспериментальные доказательства того, что истинная динамика движения пузырька близка к процессу схлопывания. При исследовании движения кавитационных пузырьков в ультразвуковых полях (при сравнительно высоких частотах), когда размеры их весьма малы и разрешающая способность аппаратуры недостаточна, действительно наблюдалась фаза акустических колебаний, при этом в поле зрения полностью исчезали кавитационные пузырьки [4] і
Однако более поздние исследования [28] показали, что осуществляется только сжатие кавитационных пузырьков, но практически отсутствует эффект схлопывания. При исследовании низкочастотных акустических полей, когда велики размеры кавитационных пузырьков [22, 23], с помощью скоростной киносъемки ни в одном случае исследователи не наблюдали полного исчезновения (схлопывания) кавитационного пузырька при сжатии; вместе с тем осуществлялись обычные энергоемкие химические и физико-химические эффекты. Вместо эффекта схлопывания наблюдалось искажение сферической формы кавитационного пузырька, потерю его устойчивости и расщепление с образованием осколочных пузырьков меньшего размера, которые пульсировали синфазно с акустическим полем.
Методика определения белизны ткани
В проведенных исследованиях применялись следующие препараты: пероксид водорода — бесцветная сиропообразная жидкость. Температура плавления.-0,43С; температура кипения 150,2С; плотность 1,45 (20С). Слабая кислота, на свету и в присутствии катализаторов разлагается. гидроксид натрия — белое непрозрачное, очень гигроскопичное вещество.-Температура плавления 320С; температура кипения 137С; плотность 2,13; растворим в воде. Сильное основание. Обладает общетоксическим действием. » силикат натрия — Na2Si03; М=122,06; жидкое стекло, бесцветный, ромбический; плотность 2,61; температура плавления 1089С; малотоксичен. композиционный стабилизатор «АС» для пероксидного беления — смесь комплексообразующего, гидротропного и поверхностно-активного веществ. Паста белого цвета. Препарат используется в качестве органического стабилизатора пероксида водорода, обеспечивая полную замену любых других стабилизаторов при периодических и непрерывных способах беления. препарат Престоген ЕБ (фирма БАСФ), являющийся органическим стабилизатором на основе фосфоновой кислоты. Препарат используется в качестве стабилизатора пероксида водорода в низкотемпературных способах беления. стабилизатор ПБ (АО «Химпром») - композиция на основе поверхностно-активных веществ и комлексона. Препарат используется в качестве бессиликатного стабилизатора для пероксидного беления. смачиватель ЭМ — смесь оксиэтилированных производных синтетических жирных кислот и динатриевой соли алкилполиоксиэтиленгликолевого эфира сульфоянтарной кислоты. Препарат используется в качестве смачивателя и моющего средства в процессах расшлихтовки, отварки, беления, промывки и крашения текстильных материалов.
Экспериментальные исследования проводились на оборудовании: лабораторная ультразвуковая установка ИЛ-100-6/6 состоит из лабораторной стойки, ультразвукового генератора, магнитострикционного преобразователя и трех волноводов-излучателей (концентраторов). Ультразвуковой генератор серии ИЛ 10 имеет ступенчатую регулировку выходной мощности, 50%, 75%, 100% номинальной выходной мощности. Регулировка мощности и наличие в комплекте трех различных волноводов-излучателей (с коэффициентом усиления 1:0.5, 1:1 и 1:2) позволяет получить различную амплитуду ультразвуковых колебаний в исследуемых жидкостях и упругих средах, ориентировочно, от 0 до 80 мкм на частоте 22 кГц. установка УЗВ-28/200 МП, имеет объем рабочей камеры 30 литров, оснащена пьезокерамическими преобразователями, встроенным генератором мощностью 3500 Вт, автоматическим устройством для подогрева раствора и таймером.
Беление хлопкополиэфирной ткани арт. 4С5-КВ осуществляли жидкостным способом на установке УЗВ-28/200 МП с интенсивностью ультразвукового воздействия 3 кВт/см в течение 20 минут, промывали материал горячей и холодной водой, сушили.
Капиллярность ткани определяют согласно ГОСТ 3816-81. Полотна текстильные. Методы определения гигроскопических и водоотталкивающих свойств[111].
Белизну ткани определяют согласно ГОСТ 18054-72. Материалы текстильные. Методы определения белизны ткани [112]. 2.3.4. Методика определения содержания пероксида водорода в растворе йодометрическим методом
Для определения содержания пероксида водорода отбирают пробы белящего раствора по 10 мл до процесса беления и через 1, 5, 10, 15, 20 минут, помещают их в колбы, которые содержат: 50 мл дистиллированной воды, 10 мл йодистого калия, 25 мл серной кислоты в соотношении с водой (1:3) и титруют раствором 0,1 Н тиосульфата натрия в присутствии крахмала (2-3 мл 0,5 % раствора крахмала). Процентное содержание пероксида водорода в растворе рассчитывают по формуле: ттг V 0.0017 -100 W = , V у п где V - объем 0,1 Н тиосульфата натрия, пошедшего на титрования, мл; Vn- объем пипетки, 10 мл [113].
Изучение изменения окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) в процессе пероксидного беления осуществляют на специальной установке, включающей реакционный сосуд, снабженный обратным холодильником, и измерительным прибором. Для измерения потенциала применяют гладкий платиновый электрод в паре с хлорсеребряным электродом сравнения. В качестве измерительного прибора используют рН-милливольтметр рН-340. Измерение ОВП проводят в течение всего процесса беления; интервал измерения - 5 мин [114].
Разрывные характеристики тканей определяют согласно ГОСТ 3813-72. Материалы текстильные. Ткани и штучные изделия. Методы определения разрывных характеристик при растяжении [115].
Образцы ткани размером 5x5 см обрабатывают в 10 мл эквимолярного раствора карбоната натрия и бикарбоната натрия, отжимают на плюсовке до влажности 110%, а затем помещают их в 10 мл 0,03 Н раствора йода. Далее образцы выдерживают в сушильном шкафу при температуре 110С в течение часа, после возгонки йода на ткани оставалось устойчивое окрашивание (от желтого до темно-синего), интенсивность которого определяют по формуле: 1 - R R где R - коэффициент отражения обработанной ткани, определяемый на приборе «Спекол-11» при длине волны 620 нм. Степень удаления шлихты (А) рассчитывают по формуле: A = Jc J-K№i, J. где Jc, J0 — интенсивность окраски суровой и обработанной ткани соответственно [113].
LINK LINK3 Методика определения содержания альдегидных групп целлюлозы хлопкового волокна 3
Полученные результаты изменения ОВП воды под действием ультразвука вероятнее всего можно объяснить следующим, что ультразвуковые волны из молекулы воды выбивают электрон, что приводит к образованию ионизованной частицы воды: Н20-е- Н20+, распадающейся по схеме: Н20+ н -Н+ +НО . 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 [7]. Н20 + е-»Н2СГ - НО +Н, или Н++е- Н; Вследствие чего вероятность взаимодействия между свободными радикалами и между отдельными атомами, что приводит к образованию дополнительных пергидроксил-ионов или даже пероксида водорода. Так возможны реакции: НО" + Н+ - Н202 или НО +НО - Н202;
При і 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 (ШГг/ = 0,5-10"6 с-1). В свою очередь, существование образующихся радикалов приблизительно равно 10 3-И0 4с. Последнее позволяет считать, что с аннигиляцией пузырька в водную среду переходят активные в химическом отношении гидроксильные радикалы и Н-атомы, что значительно повышает ОВП пероксидного раствора и увеличивает его окислительную способность по отношению к природному полимеру в процессе беления.
Исследовано изменение ОВП пероксида водорода в процессе беления хлопкополиэфирной ткани с применением ультразвукового воздействия и в условиях термостатирования. Экспериментальные исследования выявили влияние ультразвукового воздействия на ОВП пероксида водорода в процессе беления хлопкополиэфирной ткани. Беление хлопкополиэфирной ткани осуществляли жидкостным способом в растворе, содержащим, г/л: пероксид водорода - 9 и стабилизатор АС - 6. Беление ткани проводили на приборе ИЛ-100-6/6 с интенсивностью ультразвукового воздействия 3 кВт/см" в течение 30 минут.
Из представленной динамики изменения ОВП пероксидного раствора (Рис. 13) 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). Изменение окислительно-восстановительного потенциала пероксида водорода в процессе беления хлопкополиэфирной ткани в различных условиях
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 + 0,3В, 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 последние годы технологические процессы подготовки тканей и оборудование для их осуществления значительно изменяются в связи с тенденцией развития- сырьевой базы и ассортимента тканей, повышением. требований к эффективности технологических процессов и улучшению потребительских свойств текстильных материалов. Перспективный ассортимент тканей в настоящее время отличается.малой-материалоемкостью и легкостью при одновременном сохранении плотности, высокой пластичностью и хорошей драпируемостью. Эти свойства могут быть обеспеченны на основе комбинирования натуральных волокон с химическими, а так же путем широкого внедрения в практику инновационных способов облагораживаниям текстильных материалов, позволяющих кардинальным- образом улучшить их качественные характеристики. Характерной особенностью тканей из смесей натуральных и синтетических волокон является различность свойств каждой составляющей. Хлопковая составляющая ткани представляет собой сложный субстрат, включающий наряду с целлюлозой целый набор компонентов естественного и искусственного происхождения различной химической природы. Хлопковая составляющая требует более жестких условий подготовки по сравнению с синтетической составляющей ткани, поэтому оба компонента . волокнистой смеси в процессе обработки должны быть подготовлены так, что бы преимущества каждого из них полностью проявлялись в готовом текстильном изделии.
Для современных непрерывных методов подготовки текстильных материалов характерно совмещение отдельных операций многостадийного процесса в единый цикл. В сокращенных технологиях операция удаления шлихты происходит в процессе пероксидного беления. В качестве шлихтующих препаратов для хлопчатобумажной ткани преимущественно
Оценка звукохимического воздействия на сопутствующие и нанесенные примеси текстильного материала в процессе беления
Производственное оборудование для реализации Данный раздел работы посвящен поиску конструкционных решений для осуществления процесса ультразвукового беления тканей различного ассортимента. В настоящее время в серийном производстве находятся электромагнитные излучатели двух видов: магнитострикционные и пьезоэлектрические. Погружные ультразвуковые излучатели, предназначенные для различных технологических процессов могут быть легко установлены на действующем на производстве оборудовании. Ультразвуковой излучатель крепится к дну или стенкам ультразвуковой ванны, где на него подается переменное напряжение соответствующей частоты от ультразвукового генератора. В технологических установках, когда амплитуда механических колебаний излучателей не превышает 5 мкм, экономически целесообразно применять пьезоэлектрические преобразователи, выполненные на основе пьезокерамики. КПД пьезокерамики примерно в два раза выше, чем у магнитострикционных материалов при меньшей себестоимости производства комплектных излучателей. Пьезоэлектрические преобразователи характеризуются более высокой надёжностью в эксплуатации, большим сроком службы по сравнению с магнитострикционными преобразователями, они не требуют специального жидкостного охлаждения. Схема способа ультразвукового беления определяется главным образом смесовым составом тканей. На оборудовании периодического действия целесообразно отбеливать смесовые ткани с высоким содержанием синтетической составляющей. Например, для осуществления способа ультразвукового беления смесовой ткани (33% ХВ, 67% ПЭ) возможно применение рулонно-перемоточных машин.
Схема рулонно-перемоточной машины QJR-220, оборудованной ультразвуковыми излучателями Схема линии для непрерывного способа ультразвукового беления - заправочное устройство 2 - сетчатый конвейер Для трикотажных полотен и смесовых тканей с высоким содержанием хлопковой составляющей рационально применять оборудование непрерывного действия, которое обеспечивает обработку с минимальным натяжением при увеличении времени пребывания материала в белящем растворе. Этим требованиям отвечает промывная линия ЛРП-220Т, оборудованная релаксационными камерами, в которых полотно транспортируется, находясь в свободном состоянии, на сетчатой конвейерной ленте в среде раствора. Установка ультразвуковых излучателей на релаксационную камеру позволяет использовать её для осуществления процесса ультразвукового беления.
Для определения количества акустической энергии, сообщаемой единице объема белящего раствора, приведен следующий расчет.
Коэффициент поглощения среды, обладающей вязкостью и теплопроводностью, может быть выражен уравнением: а = со 2-р-с с„ -е., TJ + C + K cp-cv (2), где со - циклическая частота, р - плотность невозмущенной среды, К - модуль объёмной упругости, с — скорость волны, TJ - динамическая вязкость, - вторая вязкость, ср и cv - удельные теплоёмкости в изобарном и изохорном процессах соответственно.
Однако, при прохождении звука1 через белящий раствор нарушается равновесное состояние среды, поглощение звука оказывается гораздо большим, чем определяемое по формуле (2). Такое поглощение, звука называется релаксационным и описывается формулой: время релаксации, с0 иси- скорости звука при сот« 1 и при а т 1 соответственно.
Поглощение звука в твёрдых телах определяется в основном внутренним трением и теплопроводностью среды, а на высоких частотах и при низких температурах — различными процессами взаимодействия звука с внутренними возбуждениями в твёрдом теле, такими, как фононы, электроны, спиновые волны и пр. Величина поглощения звука в твёрдом теле зависит от кристаллического состояния вещества (в монокристаллах поглощение звука обычно меньше, чем в поликристаллах), от наличия дефектов, примесей, и дислокаций, от предварительной обработки, которой был, подвергнут материал. [129].
Из справочных данных [130]:
Эффективность ультразвукового воздействия в жидкостных процессах определяется; удельной акустической мощностью W на единицу объема раствора. Для эффективной обработки необходимо обеспечить удельную акустическую мощность не менее 25-30 кВт/см3 раствора. Данные по акустической мощности получены сотрудниками ГНЦ РФ ФГУП "Акустический институт имени .акад. Н.Н. Андреева! прибором АРМ-1 принцип работы которого основан на сравнительном калориметрическом методе, разработанном ИМ; Маргулисом и М. А. Маргулисом [ 131].
Сравнение результатов расчета, дозы акустической энергии; получаемой : одним кубическим сантиметром обрабатываемого объема белящей ванны. на расстоянии до одного метра от излучателя с литературными данными показало,-что выбранные параметры акустического поля позволяют получить требуемые качественные показатели текстильного материала.
В работе оценена эффективность ультразвукового воздействия на качественные показатели тканей различного состава в процессах беления. Беление тканей с различными процентными соотношениями хлопковой и полиэфирной составляющих осуществляли жидкостным способом в растворе, содержащим, г/л: пероксид водорода - 9, стабилизатор АС - 6. Процесс ультразвукового беления тканей проводили на установке УЗВ-28/200 МП с интенсивностью ультразвукового воздействия 3 кВт/см2 в течение 15-20 минут. Из приведенных в таблице 5 результатов наглядно видно, что применение ультразвука в процессах одностадийного беления позволяет получить показатели тканей по капиллярности и белизне соответствующие нормам ГОСТ при сохранении прочности материала на высоком уровне.
Технические результаты беления тканей различного ассортимента с использованием ультразвука № п/п Наименование, арт. Состав Капиллярность, мм/час Степень белизны, % Прочность на разрыв, Н 1 Ткань хлопчатобумажная Бязь С-45 ЮГ 100% ХВ 140 81,2 308/320 2 Ткань хлопкополиэфирная С-94/1 ЮГ 67% ХВ 33% ПЭ 134 81,7 432/445 3 Ткань хлопкополиэфирная С-152ЮГ 48% ХВ 52% ПЭ 120 82,5 601/613 в числителе- прочность на разрыв отбеленной ткани, в знаменателе - суровой. По результатам лабораторных исследований проведены полупроизводственные испытания ультразвуковой технологии беления целлюлозосодержащих тканей в условиях ЗАО ПК «Нордтекс» филиал в г. Иваново «Самойловский текстиль». Проведен расчет экономического эффекта применения ультразвукового воздействия в процессах пероксидного беления хлопчатобумажной ткани арт.43/75. (см. Приложение)
