Повышение эффективности технологии сернистого крашения хлопчатобумажных тканей

Актуальность темы

исследования. В условиях рыночных отношений спрос на производимую текстильными предприятиями продукцию определяется комплексом требований, предъявляемых к ней со стороны потребителя. К таким основным требованиям можно отнести обеспечение высокого качества текстильной продукции при конкурентной стоимости, возможность заказа товара небольшими партиями по рентабельной стоимости с удовлетворяющими цветовыми характеристиками и др.

Повышение качества текстильной продукции при одновременном снижении удельных материальных и энергетических затрат на ее производство, выплат штрафных санкций за превышение ПДК в промышленных стоках, которые так же в конечном итоге включаются в стоимость текстильной продукции, является чрезвычайно актуальной проблемой текстильной науки и практики.

Применяемые в производстве технологии отделки текстильных материалов часто включают процессы крашения различными видами красителей и операции промывки в различных режимах, с разной температурой, и с добавлением моющих средств.

Одним из наиболее распространенных видов крашения тканей из целлюлозных волокон является сернистое крашение.

На сегодняшний день сернистые красители остаются одним из самых многотоннажных классов красителей. В мире используется ~ 330 000 т красителей для крашения текстильных материалов из целлюлозных волокон в том числе: сернистых -100 000 т, т. е. ~30%, и они занимают первое место, опережая прямые (24%), кубовые (19%), активные (14%), нерастворимые азокрасители (8%) и пигменты (6%).

Сернистый черный, дающий на текстильных материалах из целлюлозных волокон глубокий черный цвет — самый массовый среди всех красителей черного цвета, используемых в колорировании текстильных материалов в черный цвет.

Сернистые красители занимают столь важное место благодаря ниже приведенным факторам: сами сернистые красители дешевы и технология крашения ими проста и дешевас помощью современных (новых выпускаемых форм) сернистых красителей можно получать окраску желтого, оранжевого, золотистого, красного, бордо, коричневого, синего и черного цветов;

— устойчивость окраски к свету, стиркам и поту от удовлетворительной до хорошей.

Однако у сернистых красителей существуют и недостатки. Как показывает производственная практика в процессе сернистого крашения текстильных материалов в настоящее время имеется необходимость в улучшении очистки сточных вод и уменьшении количества красителя, необходимого для получения той же интенсивности окраски за счет повышения степени окисления красителя перед процессом промывки. В настоящий момент в сернистом крашении текстильных материалов актуальным является вопрос интенсификации процесса промывки и очистки сточных вод после крашения, в которых велико содержание серосодержащих веществ.

Все это приводит к увеличению затрат на энергоресурсы, повышению удельных затрат красителей для окраски, увеличению штрафов за сброс загрязненных сточных вод, что в конечном итоге приводит к увеличению стоимости текстильной продукции и снижению ее конкурентоспособности.

Работа выполнялась в рамках тематики плана научно-исследовательских госбюджетных и хоздоговорных работ Ивановской государственной текстильной академии на 2002;2005 г. г.

Цель работы заключалась в повышении эффективности технологического процесса крашения сернистыми красителями тканей из целлюлозных волокон за счет оптимизации состава красильного раствора, интенсификации отдельных технологических операций и повышении эффективности очистки сточных промывных вод.

Для достижения указанной цели и на основании анализа проведенного литературного обзора по современной технологии крашения сернистыми красителями и применению озона, как мощного окислителя, в работе поставлены и решены следующие научные и технические задачи:

1. Изготовлена лабораторная установка для экспериментального исследования технологии крашения хлопчатобумажных тканей сернистыми красителями;

2. Экспериментально и аналитически изучено взаимовлияние отдельных компонентов красильного раствора и установлены оптимальные соотношения концентраций их с целью улучшения экологической безопасности сернистого крашения, за счет снижения концентрации сульфида натрия;

3. Исследовано влияние различных способов интенсификации процесса пропитки ткани красильным раствором и равномерного перераспределения частиц красителя в структуре волокна;

4. Экспериментально оценена эффективность использования озона для интенсификации процесса окисления лейкосоединений кубовых и сернистых красителей, нанесенных на ткань;

5. Выявлена возможность использования озоно-воздушной смеси для очистки промывных вод после крашения кубовыми и сернистыми красителями с целью повторного использования очищенной воды в технологическом цикле;

6. Апробирована в лабораторных условиях технология интенсифицированного способа крашения хлопчатобумажных тканей сернистыми красителями, включающая: предварительное запаривание ткани перед пропиткой красильным раствором, введение в красильный раствор гидрофильных органических растворителей, обработку окрашенной ткани озоно-воздушной смесью с целью интенсификации процесса окисления лейкосоединения на волокне и использование отработанной озоно-воздушной смеси для очистки промывных сточных вод;

7. Разработана, изготовлена и апробирована модернизированная поточная линия JIKC — 14 0, узлы модернизации которой предусматривают возможность проведения в предлагаемой технологии сернистого крашения операций предварительного запаривания перед пропиткой, озонирования окрашенного текстильного полотна и использования отработанной озоно-воздушной смеси для очистки сточных промывных вод;

Общая характеристика объектов и методов исследования.

Объектами исследования служили предварительно подготовленная к крашению хлопчатобумажная ткань — бязь арт. 262. и сернистые красители различных цветов.

Поставленные в работе задачи решены с использованием комплексного подхода, объединяющего методы теоретических и экспериментальных исследований: метод крашения хлопчатобумажной ткани по непрерывному плюсовочно-запарному способуметоды определения устойчивости окрасок к стирке, закрашиванию при сухом и мокром трении, к мокрому вытираниюметоды определения интенсивности окраски спектрофотометрическим методом на приборе Spekol — 11, по спектральным коэффициентам отражения (функции K/S — функции Гуревича — КубелкиМунка) — метод определения равномерности окрашивания многократными измерениями коэффициентов отражения в различных участках окрашенной ткани.

Факторный эксперимент с одновременным варьированием всех факторов на двух уровнях осуществляли по плану, позволяющему оценивать линейные эффекты и эффекты взаимодействия факторов. Результаты эксперимента обрабатывались на компьютере по алгоритму регрессивного анализа с использованием стандартного пакета программ Microsoft Excel — 2000.

Дисперсии воспроизводимости опытов, их оценка по критерию Кохрена, величины коэффициентов уравнений регрессии, проверка их значимости по критерию Стьюдента и оценка адекватности моделей по критерию Фишера рассчитывалась по стандартным формулам регрессионного анализа.

Научная новизна.

Наиболее существенные научные результаты, полученные при этом, следующие:

• На основании анализа известных окислительно-восстановительных потенциалов окислителей, применяемых для окисления лейкоформ кубовых и сернистых красителей, теоретически обоснована возможность эффективного использования озона в качестве окислителя лейкоформ кубовых и сернистых красителей. Данный вывод подтвержден экспериментальными исследованиями по сравнительной оценке выбранных окислительных систем в технологии колорирования хлопчатобумажных тканей.

• Экспериментально доказано, что использование озоно-воздушной смеси при окислении способствует повышению интенсивности окраски сернистыми красителями на 15−20%, по сравнению с технологией окисления по традиционно принятой технологией сернистого крашения, а так же приводит к повышению на 1−1,5 балла устойчивости окраски ткани к сухому и мокрому трению и обработке горячими мыльными растворами.

• На основании полученных кинетических зависимостей остаточной концентрации красителя в сточной воде при ее барбатаже озоно-воздушной смесью предложена схема и технология очистки сточных вод, приводящая к уменьшению в ней концентраций серосодержащих и других веществ до ПДК с одновременным обесцвечиванием и дезодорацией.

Автор защищает:

• Регрессионную модель, которая устанавливает зависимость интенсивности окраски от совместного варьирования отдельных компонентов красильного раствора и взаимовлияния их на качественные показатели крашения;

• Конструкцию камеры для предварительного запаривания хлопчатобумажных тканей с высокими капиллярными свойствами (свидетельство на полезную модель № 23 625);

• Технологию крашения сернистыми красителями текстильных тканей с интенсифицированными процессами пропитки, окисления красителя за счет введения дополнительной операции обработки текстильного полотна озоно-воздушной смесью (положительное решение на выдачу патента РФ по заявке № 2 004 116 625/12 от 31. 05. 2004), с одновременной обработкой озоно-воздушной смесью промывных сточных вод с целью их очистки.

Практическая значимость. Разработана конструкция озонатора для обработки ткани, окрашенной сернистым красителем и схема использования отработанной озоно-воздушной смеси для очистки сточных промывных вод от серосодержащих соединений. Разработана технология крашения сернистыми красителями текстильных тканей, основанная на интенсификации процесса окисления красителя на ткани за счет введения дополнительной операции озонирования после процесса запаривания, что позволило более быстро и сильно закрепить краситель на ткани. Предложена, апробирована и внедрена схема использования отработанной озоно-воздушной смеси для очистки промывных сточных вод от серосодержащих соединений, что позволило снизить штрафы за сброс производственных стоков с превышенным ПДК.

Апробация работы. Материалы по теме диссертации доложены на следующих конференциях:

• межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые — развитию текстильной и легкой промышленности» (ПОИСК.

2003), г. Иваново, ИГТА, 2003 г.;

• второй всероссийской научной студенческой конференции «ТЕКСТИЛЬ XXI века», г. Москва, МГТУ имени А. Н. Косыгина, 2004 г.;

• межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые — развитию текстильной и легкой промышленности» (ПОИСК.

2004), г. Иваново, ИГТА, 2004 г.;

• международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (ПРОГРЕСС — 2004), г. Иваново, ИГТА, 2004 г.

• юбилейной 55-ой межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ — производству», г. Кострома, КГТУ, 2003 г.

Содержание представленных докладов отражено в тезисах вышеперечисленных конференций.

Публикации. Основные результаты, выполненных исследований представлены 4 статьями, 5 тезисами докладов, 1 свидетельством РФ на полезную модель.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа содержит 125 страниц и состоит из введения, шести глав, выводов, библиографического списка из 109 наименований, приложений, заключения промышленных предприятий, свидетельство РФ на полезную модель. Диссертация содержит 14 таблиц и 12 рисунков.

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

1.Ha основании анализа проведенного литературного и патентного поиска обоснованы основные направления совершенствования технологии сернистого крашения тканей из целлюлозных волокон.

2.Разработана методика экспериментального исследования процесса сернистого крашения и изготовлена лабораторная установка, обеспечивающая возможность реализации этой методики.

3. На основании экспериментального исследования влияния состава компонентов красильного раствора и их концентрации получены уравнения регрессии, устанавливающие зависимости от этих параметров показателей устойчивости окраски ткани. Предложен состав красильной ванны обеспечивающий лучшую прокрашиваемость структуры ткани.

4.Экспериментально доказано, что применение кратковременного запаривания (0,5 — 1,0 сек) подготовленных хлопчатобумажных тканей перед пропиткой красильным раствором приводит к повышению интенсивности окраски на 10% и повышению устойчивости окрасок на 0,5 — 1 балл.

5.Экспериментально доказано, что использование для операции окисления лейкоформ сернистого красителя, нанесенного на ткань, озонированной воды (0,3 г/л, в течении 30 секунд) позволяет повысить интенсивность окраски ткани на 5% и устойчивость на 0,5−1 балл, а озоно-воздушной смеси (концентрация озона 3 мг/м3, в течении 3 секунд) взамен окисления в холодной воде в течении 8 секунд и на воздухе в течении 12 секунд, позволяет повысить интенсивность окраски на 20% и повысить ее устойчивость к трению на 1 балл.

6.Разработана и апробирована в производственных условиях схема использования отработанной озоно-воздушной смеси для очиски промывных сточных вод при сернистом крашении. При этом почти полностью обесцвечиваются сточные вод, резко снижается химическое потребление кислорода, разрушаются серосодержащие примеси и устраняется неприятный запах.

7.Разработаны элементы модернизации линии сернистого крашения JIKC — 140: камера предварительного запаривания, установка для обработки ткани в среде озоно-вохдушной смеси, а так же схема использования отработанной озоно-воздушной смеси для очистки сточных вод.

8.Проведены промышленные испытания модернизированного образца линии JIKC — 14 0 для сернистого крашения, подтвердившие повышение интенсивности окраски хлопчатобумажной ткани по предлагаемой технологии сернистого крашения и повышение ее устойчивости к мокрым обработкам и трению. Модернизированная линия принята в эксплуатацию.

9.Внедрение интенсифицированной технологии сернистого крашения позволит экономить 7 400 рублей на 1 млн. пог. метров ткани, а срок окупаемости экспериментальной установки составит 8 месяцев.