CC BY
38
УДК 661.728
НОВЫЕ МАЛОСИЛИКАТНЫЕ СТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ПЕРОКСИДНОГО БЕЛЕНИЯ ХЛОПКОВОГО ВОЛОКНА
© А.А. Атаханов , А.Д. Тихоновецкая, Д.С. Набиев, С.Ш. Рашидова
Институт химии и физики полимеров АН РУз, ул. А.Кадыри, 7, г. Ташкент (Узбекистан) Е-тэИ: polymer@online.ru
Исследовано стабилизирующие действие композиций на основе силиката натрия с некоторыми органическими и неорганическими соединениями при пероксидной отбелке гигроскопической ваты. Гигроскопическую вату получали совмещенным способом варки-отбелки.
Изучено влияние концентраций стабилизаторов в отбельном растворе на расход пероксида водорода, общую щелочность при различной продолжительности процесса.
Показано, что при концентрации стабилизаторов 2г/л гигроскопическая вата отвечает требованиям ГОСТ 5556.
Высокое остаточное содержание отбеливателя позволило бы использовать отработанный раствор повторно, предварительно укрепив его пероксидом водорода, что улучшило бы экологию окружающей среды и экономическую эффективность производства.
Введение
Известно, что пероксид водорода в настоящее время является одним из широко применяемых реагентов для отбеливания текстильных материалов, что связано в первую очередь с его экологической чистотой [1].
В щелочной среде пероксид водорода разлагается с образованием пергидроксильных ионов (НОО-), наличие которых обеспечивает его отбеливающие свойства [2]. Параллельно с образованием пергидроксильных ионов протекает побочный процесс - выделение молекулярного кислорода, который вызывает усиление окислительной деструкции целлюлозного волокна и уменьшает отбеливающие свойства пероксида водорода. Кроме того, пероксид водорода разлагается под воздействием солей и окислов тяжелых металлов, таких как медь, железо, марганец и т.д., которые вносятся в беленую ванну с водой, тканью и техническими химикатами. Даже следы этих веществ, при высокой щелочности и температуре белящего раствора, приводят к бурному разложению пероксида водорода.
В связи с этим встает вопрос о стабилизации пероксида водорода при использовании его в процессе отбелки.
В качестве стабилизатора пероксида водорода широко применяется силикат натрия, обладающий стабилизирующими, высокими моющими, антикоррозионными и буферными свойствами [3].
Однако силикат натрия имеет ряд недостатков - при использовании в больших количествах при отбелке этот химикат оседает на оборудовании и на ткани с образованием нерастворимых, твердых полимерных осадков [2].
Для устранения этого явления большое значение имеет использование малосиликатных или бессиликатных стабилизирующих композиций, состоящих из органических и неорганических компонентов [4-6].
Интересно отметить, что использование для стабилизации пероксида водорода веществ, имеющих различную природу, в некоторых случаях, когда действие отбельной добавки неэффектно или бесполезно, вызывает усиление стабилизирующих свойств при совместном применении этих веществ [7].
* Автор, с которым следует вести переписку.
Ранее нами были получены два вида стабилизаторов, состоящих из композиций силиката натрия (содержание силиката натрия в составе композиций менее 15%), триполифосфата натрия, углекислого натрия, мочевины и других веществ в разных соотношениях [8].
Целью данной работы является изучение стабилизирующего действия полученных композиций и исследование их влияния на расход пероксида водорода, общую щелочность отбельного раствора и качественные характеристики гигроскопической ваты.
Экспериментальная часть
Варку и отбелку хлопкового волокна проводили по совмещенному методу при температуре 100 °С, модуле 1 : 10, концентрациях смачивателя 0,1 г/л и пероксида водорода 3 г/л. Концентрацию стабилизаторов варьировали от 1 до 10 г/л.
Концентрацию пероксида водорода определяли по йодометрическому методу [9].
Общую щелочность раствора определяли по методу [9].
Качественные характеристики полученных образцов гигроскопической ваты определяли в соответствии с требованиями ГОСТа 5556.
Обсуждение результатов
При изучении влияния применяемых стабилизаторов на расход пероксида водорода и общую щелочность отбеливающего раствора были получены результаты, приведенные в таблице 1.
Для сравнения приведены данные, полученные при отбелке хлопкового волокна раствором, содержащим силикат натрия. Как видно из таблицы 1, применяемые композиции проявляют стабилизирующее действие и поддерживают уровень щелочности в растворе практически на одном уровне. Но концентрация стабилизаторов при отбелке достаточно высокая и составляет 10 г/л. Использование стабилизаторов в таких количествах с экономической точки зрения невыгодно и нерационально.
Поэтому необходимо было определить минимальную концентрацию стабилизаторов, при которой уже проявились бы их стабилизирующие свойства, а качественные показатели образцов ваты соответствовали заложенным в нормативных документах.
В таблице 2 показано, что с уменьшением концентрации силиката натрия его стабилизирующие свойства ухудшаются, и концентрация пероксида водорода в отработанном растворе соответственно уменьшается. Это связано с тем, что силикат натрия проявляет стабилизирующие свойства только при высоких концентрациях в растворе.
В случае использования полученных нами стабилизаторов концентрация пероксида водорода и общая щелочность также уменьшаются. В сравнении с исходным силикатом натрия концентрация пероксида водорода в растворе после варки выше для обоих стабилизаторов. Значения общей щелочности в отработанном растворе для стабилизатора №2 оказались выше при всех концентрациях, а для стабилизатора №1 - минимальными, особенно при низком содержании его в растворе.
Таким образом, наблюдается стабилизирующее действие применяемых нами композиций, начиная с концентрации стабилизаторов 2 г/л, особенно для образца №2.
Таблица 1. Влияние действия стабилизатора на расход пероксида водорода и общую щелочность отбеливающего раствора (Сстабилизатор=10г/л).
Показатели Стабилизаторы
Силикат натрия Стабилизатор №1 Стабилизатор №2
Исходный раствор (до варки)
концентрация Н2О2, г/л 3 3 3
общая щелочность, г/л 6 4,8 5,9
Отработанный раствор (после варки)
концентрация Н2О2, г/л 1,5 1,2 1,5
общая щелочность, г/л 3,7 2,8 3,7
Таблица 2. Влияние концентрации стабилизаторов на расход пероксида водорода и общую щелочность отбеливающего раствора
Концентрация стабилизаторов, г/л
Показатели Силикат натрия Стабилизатор №1 Стабилизатор №2
1 2 5 10 1 2 5 10 1 2 5 10
Исходный раствор (до варки)
концентрация Н2О2, г/л 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0
общая щелочность, г/л 4,8 5,0 5,6 6,0 4,3 4,4 4,6 4,8 4,8 5,0 5,4 5,9
Отработанный раствор
(после варки)
концентрация Н2О2, г/л 0,4 0,5 0,9 1,5 0,8 1,0 1,1 1,2 1,1 1,2 1,3 1,5
общая щелочность, г/л 2,6 2,7 2,9 3,7 1,8 2,0 2,4 2,8 3,0 3,2 3,4 3,7
Высокое содержание пероксида водорода в отработанном растворе (1,0-1,5 г/л) позволяет предположить повторное его использование, предварительно укрепив пероксидом водорода до требуемой величины, тем самым увеличить экономическую эффективность производства.
Время отбелки также влияет на расход пероксида водорода и общую щелочность. Очевидно, что чем дольше время отбелки, тем больше будет расход пероксида водорода и меньше содержание отбеливателя в растворе, что подтверждается кривыми на рисунках 1-3. Но расход пероксида водорода зависит также и от применяемого стабилизатора.
Содержание пероксида водорода падает до ~17% уже после 10 мин отбелки в случае использования силиката натрия, особенно при низких его концентрациях в растворе. Содержание пероксида водорода при использовании стабилизатора №1 и стабилизатора №2 уменьшается соответственно, до ~25% и ~33% для всех концентраций стабилизаторов. Более эффективную работу стабилизатора №2 очевидно можно объяснить взаимным влиянием компонентов смеси, приводящим к усилению стабилизирующего действия.
Для изучения влияния концентрации стабилизатора на качественные характеристики гигроскопической ваты были определены такие показатели образцов, как белизна, влажность, смачиваемость, капиллярность образцов (табл. 3).
Как видно из таблицы 3, с увеличением концентрации стабилизаторов качество гигроскопической ваты улучшается по всем показателям. Повышение значения смачиваемости и капиллярности в случае использования предлагаемых нами стабилизаторов, очевидно, можно объяснить сохранением общей щелочности варочного раствора.
Значения белизны тоже увеличиваются с ростом концентрации стабилизаторов в растворе, и максимальные значения наблюдаются в случае применения стабилизатора №2. Можно предположить, что с увеличением концентрации стабилизатора разложение пероксида водорода идет более медленно, расходуясь в основном, на отбелку волокна. При малых концентрациях стабилизаторов пероксид водорода быстро разлагается, реагируя с различными примесями хлопкового волокна.
Таблица 3. Качественные характеристики образцов гигроскопической ваты, полученных при различных концентрациях стабилизаторов в отбеливающем растворе
Стабилизатор Концентрация Качественные характеристики гигроскопической ваты
стабилизатора, г/л Влажность, % Смачиваемость, г Капиллярность, мм Белизна, %
Силикат 1 4,5 18,1 36 78,1
2 4,6 18,8 45 80.5
натрия 5 5,0 21,3 69 88,5
Стабилизатор №1 1 5,6 19,2 44 80,7
2 4,7 19,3 85 82,1
5 5,0 21,6 85 86,5
Стабилизатор №2 1 4,8 19,1 46 О ОС
2 5,0 19,9 85 88,4
5 4,7 22,7 85 8 8
По ГОСТу 5556 Не более 8,0 Не менее 19 Не менее 65 Не менее 80
Рис. 1. Влияние продолжительности процесса варки и отбелки на расход пероксида водорода (а) и общую щелочность (б) отбеливающего раствора при различных концентрациях силиката натрия. Концентрация силиката натрия: 1 - 10 г/л; 2 - 5 г/л; 3 - 2 г/л; 4 - 1 г/л
Рис. 2. Влияние продолжительности процесса варки и отбелки на расход пероксида водорода (а) и общую щелочность (б) отбеливающего раствора при различных концентрациях стабилизатора №1. Концентрация стабилизатора №1: 1 - 10 г/л; 2 - 5 г/л; 3 - 2 г/л; 4 - 1 г/л
Рис. 3. Влияние продолжительности процесса варки и отбелки на расход пероксида водорода (а) и общую щелочность (б) отбеливающего раствора при различных концентрациях стабилизатора №2. Концентрация стабилизатора №2: 1 - 10 г/л; 2 - 5 г/л; 3 - 2 г/л; 4 - 1 г/л
Таким образом, использование стабилизаторов №1 и №2 в отбельном растворе при малых концентрациях (2 г/л) позволяет получить образцы ваты, качественные показатели которых выше требований ГОСТа 5556 в отличие от качественных характеристик гигроскопической ваты, отбеливаемой пероксидом водорода только с добавлением силиката натрия.
Выводы
1. Получены два вида малосиликатных стабилизирующих систем и изучено влияние их концентрации на расход пероксида водорода и общую щелочность отбеливающего раствора при различной продолжительности.
2. Показано, что при минимальной концентрации стабилизаторов 2 г/л полученные образцы гигроскопической ваты отвечают требованиям ГОСТа 5556.
3. Высокое содержание пероксида водорода в отработанном отбельном растворе позволяет предположить повторное его использование, предварительно укрепив пероксидом водорода, что улучшит экологию окружающей среды и повысит экономическую эффективность производства.
Список литературы
1. Weck M. Wasserstoff peroxid - das unweltvertragriche Textil bleachmittel // Text.- prax. int. 1991. V. 46. №2. C. 144-147.
2. Кричевский Г.Е., Корчагин М.В., Сенахов А.В. Химическая технология текстильных материалов. М., 1985.
3. Раскина И.Х., Садов Ф.И., Богданов Г.А. К вопросу о механизме стабилизации перекиси водорода силикатом натрия в условиях беления // Журнал прикладной химии. 1966. Т. 39. №1. С. 35-39.
4. Галашина В.Н., Губина С.М., Клюев М.В. Эффективность действия органических и неорганических стабилизаторов при пероксидном белении текстильных материалов // Современная технология текстильной промышленности: тез. докл. Всерос. науч.-техн.конф. М., 1997. С. 184.
5. Шибашова С.Ю., Лебедева В.И., Мельников Б.Н. Разработка и промышленные испытания бессиликатного пероксидного беления х/б и смешанных тканей // Теория и практические разработки оптимальных технологических процессов и конструкций в текстильном производстве. (Прогресс 97): Тез. докл. межд. науч.-техн. конф. Иваново, 1997. С. 140.
6. Сафонов В.В., Атрельева Л.В. Новый препарат для растворения силикатных осадков // Текстильная промышленность. 1990. №8. С. 61-62.
7. Маху В. Перекись водорода и перекисные соединения / под ред. М.Е. Позина. М., 1951.
8. Атаханов А.А., Тихоновецкая А.Д., Набиев Д.С., Рашидова С.Ш. О стабилизации перекиси водорода при отбелке хлопкового волокна // Конференция молодых ученых, посвященная памяти акад. С.Ю. Юнусова. Ташкент, 2004. С. 38.
9. Отделка хлопчатобумажных тканей. Т. 1: справочник: Технология и ассортимент хлопчатобумажных тканей / под ред. д-ра техн. наук, проф. Б.Н. Мельникова. М., 1991.
Поступило в редакцию 15 сентября 2004 г. После переработки 17 ноября 2004 г.
