CC BY
98
Е. В. Слепнева, И. Ш. Абдуллин, В. В. Хамматова
ВЛИЯНИЕ МОЮЩИХ ВЕЩЕСТВ НА ПРОМЫВКУ ШЕРСТЯНЫХ ВОЛОКОН
В ПРОЦЕССЕ ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ
Ключевые слова: шерстяное волокно, кератин, эмульсия, поверхностное натяжение, моющее вещество, электрический
заряд.
Очистка шерстяного сырья от природных загрязнений является одной из наиболее важных стадий первичной обработки, в процессе которой достигается удаление с поверхности волокна загрязнений различного происхождения. Удаление загрязнений из шерсти представляет собой сложный комплексный процесс химических и физических воздействий.
Keywords: wool fiber, keratin, emulsion, detergent, electric charge, washing wool.
Cleaning the wool raw material from natural pollution is one of the most important stages of the primary treatment, during which the removal is achieved with the fiber surface contamination from various sources. Removing dirt from the wool of a complex integrated process chemical and physical effects.
В последние годы наблюдается повышенный спрос на изделия из биополимеров, в частности, из шерсти, что обусловлено их гигиеническими и теплоизоляционными свойствами. Требования, предъявляемые потребителями к текстильной продукции, стимулируют развитие новых подходов к производству текстильных материалов. Особое внимание уделяется повышению качества продукции и улучшению эксплуатационных свойств текстильных изделий из шерстяных материалов [1].
Одним из путей повышения качества шерстяного волокна в процессе первичной обработки шерсти является применение новейших технологий. Развитие традиционных методов обработки связано с существенным удорожанием технологии производства шерстяных волокон и не приводит к значительному эффекту повышения их качества.
Очистка шерстяного сырья от природных загрязнений является одной из наиболее важных стадий первичной обработки, в процессе которой достигается удаление с поверхности волокна загрязнений различного происхождения. Удаление загрязнений из шерсти представляет собой сложный комплексный процесс химических и физических воздействий, сопровождающийся явлениями смачивания, адсорбирования, диспергирования, эмульгирования, пенообразования и удержания отмытых загрязнений [2].
Содержание в немытой шерсти жиропота препятствует смачиванию волокон, так как взаимное притяжение молекул жира и шерсти превышает взаимное притяжение молекул жира и воды. Как следствие на границе водной среды образуется поверхностное натяжение, препятствующее смачиванию шерстяных волокон. Вторым препятствием смачивания шерсти являются мельчайшие пузырьки воздуха на поверхности волокна, образующиеся при погружении его в воду.
Отделение жира и грязевых частиц от поверхности шерстяных волокон можно облегчить, если увеличить расстояние между омываемыми грязевыми частицами и поверхностью шерстяных волокон, в результате чего силы молекулярного притяжения уменьшатся, а поверхностные связи нару-
шатся. Повышая температуру и вводя в воду поверхностно-активные вещества, понижается поверхностное натяжение водной среды и тем самым улучшается смачивание шерсти. При повышении температуры воды от 20о до 80оС ее поверхностное натяжение понижается с 72,8-10-7 до 62,0-10-7 Дж/см2 , тогда как при растворении 1г/л олеинового мыла поверхностное натяжение воды уменьшается с 72,8-10-7 до 25,0-10 -7 Дж/см2 , в результате раствор поверхностно-активных моющих веществ легко растекается по гидрофобной поверхности волокон, быстро смачивает ее, проникая между загрязнениями и поверхностью волокон, создавая оптимальные условия для отделения примесей от шерсти в процессе ее промывки [3].
Молекулы поверхностно-активных моющих веществ, растворяясь в воде, стремятся вытеснить молекулы воды из пограничного слоя и занять их место. В результате этого на поверхности водного раствора образуется адсорбционный слой, в котором молекулы ПАВ располагаются в определенном порядке - перпендикулярно к поверхности раздела жидкости: гидрофильными частями в воду, а гидрофобными - в воздух или другую фазу - шерсть, грязевые частицы которой, как правило, гидрофобны. Поверхностное натяжение этого слоя значительно ниже, чем поверхностное натяжение воды, поэтому смачивание шерстных волокон происходит быстрее и полнее.
Раствор ПАВ, смачивая гидрофобные поверхности, проникает в трещины и щели слипшихся жировых и грязевых примесей, разъединяя и раздробляя загрязнения на мельчайшие частицы. Пленки молекул ПАВ, покрывающие гидрофобные частицы, ослабляют силы сцепления между волокнами и загрязнениями, придают поверхностям гидро-фильностъ. В результате происходит отрыв и удаление загрязнений с шерсти [4].
При отделение от волокон шерстного жира образуется эмульсия. Адсорбционные пленки состоят из мельчайших капелек шерстного жира, находящегося в дисперсионном состоянии. Капли жира смываются полностью или частично с шерстяного волокна при ее помещении ее в раствор поверхност-
но-активных моющих веществ. Стойкость жировой эмульсии в растворе зависит от структуры молекулы моющего вещества. Чем больше атомов углерода в молекуле, тем выше плотность и прочность адсорбционной пленки на поверхности шариков жира. Скорость адсорбции увеличивается с концентрацией моющего раствора до тех пор, пока не будет достигнута критическая концентрация мицелло-образования. Поэтому при разработке технологического режима промывки особое внимание уделяют определению максимальной активности моющего вещества.
Процесс мойки будет неэффективным, если загрязнения, отмытые с волокон, будут вновь осаждаться на волокне (явление ресорбции). Такое явление возможно в том случае, когда нет надежной изоляции отмытых загрязнений от шерстных волокон. Это зависит от характера моющего средства и его концентрации, температуры и рН моющего раствора. Большое значение также имеют система добавок моющих средств, породные особенности шерсти, продолжительность адсорбции, состав загрязнений.
Характер моющего средства зависит от того, какой электрический заряд при диссоциации имеет ион, включающий гидрофобную часть молекулы. Исходя из существования двух видов взаимодействия - сил электростатического отталкивания и сил притяжения Ван-дер-Ваальса, можно заключить, что преобладание сил электростатического отталкивания обеспечивает отмывание загрязнений с волокон шерсти [5]. Возникающий потенциальный барьер, в результате сил электростатического отталкивания, мешают сближению коллоидных частиц на расстояния, при которых перевес имеют силы молекулярного притяжения.
Анионактивные вещества создают отрицательное поле вокруг частиц примесей и на поверхности волокна, катионактивные - положительное. Электростатическое отталкивание одноименных зарядов преодолевает межмолекулярные силы сцепления, и примеси отрываются от волокна. У неионогенных моющих средств отторжение загрязнений происходит за счет гидратации[6].
Отталкивание заряженных частиц от волокна усиливается, если волокно имеет одноименный с частицей заряд. Так, промывку шерсти при использовании анионактивных моющих веществ целесообразно проводить в щелочной среде, когда кератин шерсти имеет отрицательный заряд, а при использо-
вании катионактивных веществ — в кислой среде, когда кератин шерсти заряжен положительно.
Повышение температуры при промывке вызывает набухание шерстяных волокон, в результате чего их поперечное сечение увеличивается на 18 -30% и длины - на 1 - 2%. При этом нарушается первоначальное расположение загрязнений на поверхности волокна, что способствует их удалению. При повышении температуры раствора усиливается моющее действие поверхностно-активных веществ. Оптимальным режимом промывки шерсти является температура раствора 37 -38оС, при которой не происходит повреждения кератина шерсти и увеличения ее свойлачиваемости.
Таким образом, основными явлениями, происходящими в процессе промывки шерсти с применением поверхностно-активных моющих веществ являются:
понижение поверхностного натяжения воды, повышение смачивающей способности раствора;
эмульгирование шерстного жира, переходящего в состояние эмульсии;
суспензирование водонерастворимых грязевых частиц, переходящих в состояние суспензии;
образование электрических зарядов, набухание волокон шерсти и растворение в воде всех посторонних растворимых веществ, способствующее отделению загрязнений от волокон шерсти в процессе первичной обработки.
Литература
1. Слепнева Е.В. Исследование сорбционных шерстяных волокон, модифицированных потоком плазмы ВЧЕ-разряда пониженного давления / Е.В. Слепнева, И.Ш Абдуллин, В.В. Хамматова // Вестник Казанского технологического университета. - 2011.- № 16.- С.106 - 109.
2. Рогачев Н.В. Некоторые вопросы первичной обработки шерсти. - М.: Легкая индустрия, 1980, - 183 с.
3. Рогачев Н.В., Васильева Л.Г., Тимошенко Н.К. и др. Шерсть. Первичная обработка и рынок /под ред. Н.К Тимошенко. -М.: ВНиИмП РАСхН, 2000.-600 с.
4. Гусев В.Е. Сырье и первичная обработка шерсти. - М.: Легкая индустрия,1969.-280 с.
5. Е.В. Слепнева Е.В. Влияние воздействия потока плазмы на содержание массовой доли минеральных примесей в натуральных полимерах / Е.В. Слепнева, И.Ш Абдуллин, В.В. Хамматова // Вестник Казанского технологического университета. - 2011.- № 6.- С.155 - 158.
6. Гусев В.Е. Сырье для шерстяных и нетканых изделий и первичная обработка шерсти. - М.: Легкая индустрия, 1977. - 407 с.
© Е. В. Слепнева - ст. препод. каф. дизайна КНИТУ, [email protected]; И. Ш. Абдуллин - д-р техн. наук, проф., проректор по научной работе КНИТУ, зав. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ; В. В. Хамматова - д-р техн. наук, проф., зав. каф. дизайна КНИТУ.
