CC BY
12
УДК 677.027.254
М.Л. Кулигш, Г.А.Чумаков
ВИКОРИСТАННЯ УЛЬТРАЗВУКУ ДЛЯ 1НТЕНСЙФ1КАЦИ ПРОЦЕС1В ПОДГОТОВКИ БАВОВНЯНИХ ТКАНИН
Чаетина 1
В роботг досл!джено вглие ультразвукового випромтювання на процеси просочення та промывки при тдготовщ бавовняних тканин. ДослАджеао вплив ультразвуковой обробки на основш показники якостг тдготсвпенноХ тканини — капгляршсть та бтзну. Встановлено оптималний час улыпразеуковоХ обробки для штенсифжацп процесу промивки.
Вступ. Вщомо, то приблизно 17 % в!д загально! енерги, що витрачаеться текстильною промисловктю, в опоряджувальному виробництв! при процесах шдготовки [1].
Принципово задача скорочення енергетичних витрат може бути радикально чи частково виршена наступними шляхами: сумицення процес!з розншхтування, вщварювання та вибшовання; !нтенсйф!хувгння процесяв, особливо вхзбшовання та вщварювання; використання холодних способ!в шдготовки.
Холодний cnoci6 вибшовання е найбзльш дешевим одно чи двсхстадШним процесом шдготовки. Цей cnoci6 використовуеться в основному для шдготовки сурових бавовняних тканин, а також тканин Í3 cyMimi волокон i е альтернативою процесу "педрол".
Найважлившою перевагою холодного способу вибшювання, крш згощадження електроенергй, е зменшення кебезпеки каталпичного ушкодження волокна. Впровадження цього способу не потребуе великих кап:тальких витрат, процес легко здШснюеться, не потребуе велико? кшькост! води. Недолжами цього способу е велика тривалють процесу — в!д 24 до 72 годин, низька каголяршсть та здатшсть до змочування в!дб!лених за таким способом тканин [3, 4, 5].
Для прискорення процесу вибшювання та покращекня здгтносп до змочування тканин активащю дп окислювача намггаються здойснити терм!чним, фотох!м!чним та xímíhhhm впливом [2].
Термина активация здайснюехься шляхом безпосередньоТ обробки тканини 14 втромгаюванням та конвективним теплопереносом. Фотох1м!чну активацно проводять обробкою тканини ультрафюлетовим випром!нюванням ртутних ламп середнього тиску з штенсивнимк смугами випрс-мзнювання 300 та 350 нм. Х:м!чна активащя передбачае видшення активного кисню (сшглетного) в результат: обробки тканини послщовно ппохлоритом натрйо та пероксидом всдню. Дослгди показали, що для отркмання однаково ступеня бшизни тканини перынчеш способи не доззоляють отримати задовшьш результат«.
Одним з шяях:в штенсифжацл процес!в шдготовки текстильних матер!ал!в може служите обробка бшячого розчина з зануреною в нього тканиною ультразвуком.
Використання ультразвуку дозволяе прискорити процес шдготовки в 1,5-2 рази без шдвюцення температури та концентрацц на тому ж устаткуванш. В наукозо-техшчшй шформацп вщом! дан! про вплив ультразвуку (УЗ) на процес вибшювання бавовняних тканин як перюдкчнкм, так i безперервним способом. Промисловють випускае достаткьо потужш ультразвуков! генератори потужшстю в!д 200 Вт до деюлькох кшоват з магштострикцшними перетворювачами, яхз можливо закршити, наприклад, у барц}.
Постановка задач!. Мета ц!е? робота - дослщження ефективкост: ультразвукового впливу на процеси шдготозхи бавовняних тканин. Дяя досягнення поставлено? задач! було дослщжено: валив УЗ в присутноеп ПАР (розшл!хтування) при юмнагнШ температур! на процес шдготовки бавовняжн тканини перед вибшюванням пероксидом водню по холодному способу; вплив УЗ в процес! окислюючо? розошхтовки на ochobí використання пероксиду водня при шдвищенно! температур! перед процесом холодного вибЬиовання; вплив розаш!хтування на основ! використання сгрчаноТ кислота та наступноТ УЗ промивки; вплив УЗ на капшярш властивост! та бшизяу тканини при розишхтуванга за допомогою бюлопчного способу (просочення тканини розчином пар з каступним вилежуванням упродовж доби в п/е пакет!}.
Основна частина. В данШ робот! для обробки текстильних матер!ал!в в ультразвуковому внпром'шованш використовувалося наступив устаткування: генератор улыразвукових коливань УЗГ-З-0,4 з вихщною потужшсть 0,4 кВт та частотою коливань у межах 17,5-19,3 кГц; занна для очищения матер!ал!в УЗВ-0,4 з потужшстю споживання 0,4 кВт, акустичною потужшстю 0,1 кВт, рсбочий об'ем 0,5-3 л.
I I 1 1 I I I I J
К ,GOf^
99 99 1
Рис. 1. Принципова схема лабораторно'1 установки: 1 - генератор уяьтраззукових хвиль УЗГ-З-0,4; 2 -ванна для очищения матер!ал!в УЗВ-0,4; 3 - магшто-стршцшний вкпром!нювач; 5 - зразок текстильного
материалу; 5 - розчин
Технолопчний процес розпшхтування на основ! використання ПАР та УЗ м!стив наступил операцй': просочення на плюсовщ водним рсзчином пар (Спа?~1 г/л, \У=100%, !=20-25°С); промивання в УЗ ванн! водним розчином ПАР (Спар=Зг/л) впродовж 30 с, 60 с, Зхв, 5хв, 15хв, 20 хв; просочення бшячим розчином (Сн2О2=30 г/л, Смаон=7 г/л, СКа25юз=10 г/Л, СПАр=1 г/л, W=100%, !=20-25°С) з наступним вилежуванням у пол!етиленовому пакет! при 1=20-25°С впродовж 24 годин; промивка холодною водою, кислування Снгэсм-З г/л; промивки холодною водою, конвективного суш!ння при температур! Г=20-25°С.
Ефектившсть УЗ впливу на процес промивки перед вибшюванням та п!сля виб!лювання ощнювали по основним показникам в!дб!лених тканин: кашлярност! та бшзни.
Отриман! дан!, що характеризують показники якосп (рис. 1), св!дчать про те, що в умовах указаних вище, ефектившсть УЗ впливу достатньо низька. Так, при УЗ вплив! впродовж 30 с капшяршсть зросла з 3 рази, а при обробц! впродовж 1 хв досягла максимуму (з 5 мм до 20 мм). Бшизна тканини не перевищувала 76 %.
Г
100
s 2
5
х
s
<3
SÉ
ь Ü
X
о. к 5 с
га
v
30
во
40
20 h
s i
го
X
«S
S
5
lü
Час обробки, хв
Рис. I. Залежшсть хаашярносп тканини та бшзни в!д часу обробки б УЗВ, п!д час операцй'
розпшхтування
Дослщження впливу УЗ на капшярн! властивост! та бшизну тканини при резпшхтуванш за допомогою б!олог!чного способу: просочення тканини на плюсовщ водним розчином ПАР 1 г/л, вщжим 100 %, вилежування 24 години в пол!етиленовому пакет!, промивання в ультразвуков ¡й ван! при температур! 18°С, 30 с, 60 с, 3 хв, 5 хв, 15 хв, 20 хв з подалыпим виб!люванням за холодним способом.
Отриман! результата (рис. 2), щс характеризують зм!ну 5!лизни та хашлярноеп, свщчать про те, що максимальна капшяршсть (за 30 хв) - 70 мм досягаеться при 20 хв УЗ впливу, а максимум бшизни -80 % можливо отримати вже при 5 хв обробки.
s i s
X
ш
X
I-
-0
X
о
к
10 о
80
40
20
Рис.
Час сбробки, хв
2. Залежн1сть кап!лярност1 тканини та бшизни вщ часу обробки в УЗВ, шсля розпшхтування бюлопчним способом
операдп
Дал! було припущено, що УЗВ сумкно з ПАР та високою температурою розчину (80-90 °С) повинш сприяти видаленню не тшьки крохмалю, але й в!скопод!бних речовин з поверхневого шару бавовняного волокна.
Для бшьш повного видалення шлгая та емульгування вкжоподабних речовин шд час промивки в ультразвуковш ванн! температуру розчину було шдвищено до 85-95°С. Кр!м того, була додана операщя додатковоТ промивки в гаряч!й вод! п!сля операцп виб!лювання. Технология обробки включала наступи! стадй": просочення на плюсовц! водиим розчином ПАР (Спа?=1 г/л, W=!00%, t=95°C); вилежування 24 години в пол!етиленовому пакет! t=20°C; промивання в УЗ ванн! гарячою водою впродовж 30 с, 60 с, Зхв, 5хв, 15хв, 20 хв t=85-95°C; промивання холодною водою, просочення бшячим розчином (СН2О2=30 г/л, cn3oh=7 г/л, CNa2siO3=10 г/л, Сгтдр~ 1 г/л, W=100 %, t=25°C) з наступним вилежуванням у пол!етиленовому пакет! при t=20-25oC впродовж 24 годин; промквка холодною водою, кислування CH2so4=3 г/л; промивки холодною водою, конвективного супиння при температур! t=20-25° С.
Анащз отриманих даних (рис. 3) св!дчить, що при використанш УЗВ в гарячШ промивюй ванн! ефективн!сть промивання знижуеться у пор!внянш з промиванням при температур! 20 °С. Б!лизна тканини при дьому п!сля вибшювання зростае незначно (з 75 до 76 %).
100
БЬпизна ¡-у-лм Катляржсть t/ssvi
I
я ■d.
Л I-
X q.
К 5 с
да
80
50
40
20
0.5 1 5 15
Час обробки, хв
20
Рис. 3. Вплив УЗВ на ефектившсть операцп гарячого (i=
вибшювання
5-95°С) промивання шсля холодного
Представляло штерес досл!дження впливу УЗВ на операщю промивання п!сля бшння. Тканини вибшювали за допомогою одностадийного пероксидного способу за хехнолопею, наведеною вшце, готм текстильний матер!ал проминали в ультразвуковой ванн!.
Анал!з отриманих даних (рис. 4) показуе, що застосування УЗВ гад час стад!1 промивання теля холодного вшння не впливае на бшизну шдготовленко!' тканини, але штотне впливае на капшярн! властивост! текстильного матер!алу. Максимум каптярносп досягаеться при час! УЗВ обробки 5 хв
(55 мм). Можна припустати, що гид час промивання при високш температур! не розшл!хтовано1 повшстю тканини шар крохмальноТ шпвки не дае в!ськопод1бним речовинам покинута поверхню волокна I, навпаки, в!скопод1бн1 речовини перерозподшяються в поверхневому шар! бавовняного волокна, тому ефект значного п!двищенкя кашлярност! не спостерггаеться.
X
®
а»
100
80
60
40
20
1
Бшизна Кашляржсть
0.5 1 5
Час обробки, хз
15
20
1
100 90 80 70 ^ 60 •5 50 40 \ 30
I 20
* Ю
х х
2
IX;
Рис. 4. В гатив УЗВ на ефектизшсть операцп промивання теля холодного виб!лювання
Основними умовами ефективного емульгування в!скопод!бких речовин е: температура розчину не нижче 70-75°С, присутн!сть лугу та ПАР. Тому наступним етапом роботи було дослщження впливу УЗВ гад час промивання з ПАР текстильного материалу п!сля б!олопчного розшл!хтування. П!сля зилежування впродовж 24 годин частина крахмально! шл!хти розкладаеться м!кроорган!змами, !нша набухае. Було припущено, що при використант УЗВ шд час промивки в розчин! ПАР з текстильного матер!алу частково також буде видалено ! зюкоподтбн! речовини, частка яккх емульгуеться ще на стада просочення перед бюлопчним розшл!хтуванням, а УЗВ в поеднант з ПАР аидалить його з поверхш волокна. Технолопя обробки включала наступи! стад!'!': просочення на плюсовц! водним розчином ПАР (неонол) (СПар=2 г/л, \¥= 100%, {=95°С); вилежування 24 години в пол!етиленовому пакет! 1=2С°С; промивання в УЗ ванн! водним розчином ПАР СПар=2 г/л, W=I00%, {=20°С впродовж 30 с, 60 с, Зхв, 5хв, 15хв, 20 хв; промивання холодною водою, просочення бшячкм розчином (Сн2о2=30 г/л, Скаон=7 г/л, Ска2йоз=Ю г/л, Спар=1 г/л, -#=100%, 1=25 °С) з наступним вилежуванням у пол!етиленовому пакет! при 1=20-25°С впродовж 24 годин; промивка холодною водою, кислуванкя СК2504=3 г/л: промивки холодною водою, конвективного супнння при температур! 1=20-25°С.
Анал!з отриманих даних евщчить, що обробка УЗВ у сполученш з ПАР шд час промивки шеля операцп б!олог!чного розшл!хтування негативно вплинула на кап!лярн!сть текстильного материалу. Можливо, !з-за процесу ресорбщ'1 кап!лярн!сть тканини шеля обробки в УЗВ зменшилась до 13-22 мм у пор!внянн! з 64 мм у тканини не обробленог за УЗВ.
100
80
х
се
х о.
5: .5
<я
60 г
40
20
X
¡г; Н
ш
0.5 1 5 15
Час обробки, хв
Рис. 5. Вплив УЗВ на ефектившеть операцп промивання гасля бюлопчного розшлгхтування
Наетупним етапом дослщження було використання при розшлзхтуванш окислювач1в у сполученш з улътразвуковям впливом. В якост! окислювача використовувався пероксид водню при низький концентрацп у лужному середовинц. Шсля розншхтування виконувалась промивка при температур! 80-90°С в ультразвуков!й ванн!. Технолопя обробки включала наступи! стадп: просочення на плюсовц! водним розчином ПАР (сульфас!д) (СПар=2 г/л, W=100%, £=95°С), Снго2=2 г/л, CNaoн=7 г/д, СКа25юз=1 г/л; вилежування 24 години в шшетиленовому пакет! 1=20°С; промивання в УЗ ванн! у тому ж розчнш впродовж 30 с, 60 с, Зхв, 5хв, 15хв, 20 хв при температур! 1=70-98°С; промивання холодною водою, просочення ошячим розчином (Ск2о2~30 г/л, Сыа0н=7 г/л, Сн^ЮЗ"^ г/л, спар=1 г/л, W=100 %, t=250C) з наетупним вилежуванням у шшетиленовому пакет! при !=20-25°С впродовж 24 годин; промивка холодною водою, кислування СН2чог 3 г/л; промивки холодною водою, конвективного сушшня при температур! !=20-25°С.
Анал!з отриманих даних (рис. 6) евщчить про незначний вплив УЗВ на ефектившеть процесу розшл!хтувакня в присутност! окислювач!в без попереднього замочування. Гаряча промивка шсля процесу бшння не покращила кашляртсть, що за 20 хв обробки в ультразвуковш ванн! досягла лише 20 мм.
100
80
5 X
(О *
м н
и
'х а.
с
®
а
60
40
х
ш
X сп 5
ч Щ
Час обробки., хв
Рис. 6. Вплив УЗВ на ефектившеть операцп промивання шсля розшл!хтування за допомогою
окислювачхв
В наступному варгант? досдщження операщя розшл1хтування окислюзач оуло замшено на стчану кислоту. Технолога обробки включала наступи! стадп: просочення на плюсовц! водним розчином ПАР (сульфасщ) Спдр=2 г/л; СН202=2 г/л, С^оет5? г/л; Ск^юз^ г/л;, \У=!00 %, 1=95°С; промивання в УЗ ванн! у тому ж розчин! впродовж 30 с, 60 с, 3 хв, 5 хв, 15 хв, 20 хв при температур! !=70-98°С; промивання холодною водою, просочення бшячим розчином (СН2О2=30 г/'л, СХаон='г г/л, 0%та2$юз~-0 г/л, СПар=5 г/л, \У=100 %, 4=25 °С) з наетупним вилежуванням у шшетиленовому пакет! при {=20-25°С впродовж 24 годин; промивка холодною водою, промивка холодною водою, кислування Сщво^З г/л; промивки холодною водою, конвективного суыпння при температур! г-20-25°С.
Параметри та положения в процес! операцп промивки з УЗВ залишились незм!нними. Анад!з даних (рис. 7) евщчить про те, що б!лып ефективне видалення крохмалю здшскюеться арчаною кислотою.
2 X
X
«5
ь
Л
ь
о.
к
.5
'с
®
¥
100
80
60
40
20 -
100
о4
3 X
X
ш *
■г-{5 I
5
'из
Час обробки, хе
Рис, 7. Вплив УЗВ на ефектившеть операцп промивання шсля розпшхтуванкя с!рчаною кислотою
Бшизна тканини максимально складае до 84 % (за мштальний час УЗВ обробки 30 с). Одкак при цьому, досягаеться лише 40 мм кашлярност!. Максимального значения 95 мм кашляршсть досягае за 20 хв обробки в УЗВ. Бшизна при цьому складае 82 %, що вщпов1дае вимогам стандарту.
Висновки по данШ po6oTi будуть представлен! в наступшй публ!кацп.
Л1ТЕРАТУРА:
1. Бельцов В.М. Оборудование текстильных отделочных фабрик: Учебник для вузов. 2-е изд. перераб. и доп. СПГУТД. - СПб., 2000. - 568 с. ISBN 5-7937-0029-3.
2. Мельников Б.Н. Современное состояние и перспективы использования биохимических процессов в текстильной промышленности / A.B. Чешкова, В.И. Лебедева // Текстильная химия ЙХНР РАН, 1998. -Jfa 1(13).- С. 75-81.
3. Бартч Ф. (перевод И.Х. Раскина) Холодный способ беления перекисью водорода. Текстильная промышленность, зарубежный опыт, - М.: ЦНИИ, 1984,- Ks 15.-С.21-29.
4. Шибашова С.Ю. Одностадийный способ пероксидного беления хлопчатобумажных тканей / О.С. Новикова, A.B. Шибашов // Известия высших учебных заведений.-М.: Технология текстильной промышленности, 2004- № 5 - С.50-52.
5. Wurster Р. Исследование периодических и непрерывных процессов беления. - Текстильная промышленность,- 1987-№ 6. - С. 230-236.
КУЛ1Г1Н Михайло Львович - к.т.н., доцент кафедри xiMinKo; технологи та дизайн)' волоккистих матер!ал!в Херсонського нацюнального техшчного ушверентету.
HayKGBi штереси:
- ресурсозаощаджуюч! технолог!? в текстильшй промисловост!;
- попередня подготовка текстильних матер!ал!в;
- заключка сбробка тканин.
ЧУМАКОВ Геннадш Анушев!ч - к.т.к., доцент кафедри обладнання х!м!чних виробннцтв, шдприемств будшельних матер!ал!в Херсонського нацюнального техшчного ун!верситету.
Вауков! ¡нтереси:
- ресурсозаощаджуюч! технологи в текстильн!й промисловост!.
