Описание линии жгутового отбеливания

Дальнейшим развитием технологии непрерывного способа ще­лочной отварки является использование в варочной жидкости комплексообразующих веществ — комплексонов. Эти препараты оказывают при щелочной отварке чрезвычайно эффективное дей­ствие, основанное на экстракции из ткани за­грязнений в форме нерастворимых в воде солей Са, Мg, Fе путем перевода их в во­дорастворимые натриевые соли. Равновесие, существующее меж­ду за­грязнениями в волокне и в варочной жидкости, нарушается за счет комплек­сообразования во внешней среде, и дополнитель­ное количество загрязнений переходит в варочную жидкость. Это способствует лучшему удалению на стадии отварки из во­локна пектиновых, белковых, воскообразных, зольных веществ, а также окрашенных пигментов. В результате ткань приобретает ка­пиллярность и значительно осветляется, что позволяет исполь­зовать ее под крашение в темные тона без отбеливания, а по­следующее отбеливание дает более высокую степень белизны при отварке в присутствии комплексонов.

В качестве комплексонов хорошие результаты при отварке, как и в пе­рекисном отбеливании, дают органофосфаты, аминокарбоксилаты. В прак­тике находит применение комплексен трилон Б — натровая соль этилендиа­минтетрауксусной кислоты (НООССН2) 2NСН2СН2N (СН2СООН) 2.

Отбеливание:

Одним из наиболее общих требований в подготов­ке текстильных мате­риалов из целлюлозных волокон и хлопча­тобумажных тканей является при­дание им устойчивой и высо­кой белизны. Следует подчеркнуть, что это сложная задача ком­промиссного характера, поскольку она основана на дест­рукции и удалении окрашенных примесей, находящихся непосредствен­но в структуре волокон, что сопряжено с нежелательной и па­раллельно проте­кающей деструкцией полимера волокна. Техно­логия отбеливания должна быть построена таким образом, что­бы максимально полно деструктировать и удалить окрашенные примеси и при этом минимально разрушить волокно.

Наиболее эффективно ненасыщенные связи разрушают окис­лители, по­этому они с давних времен применяются в качестве отбеливающих препара­тов. Из них наи­большее применение нашли кислородные соединения хлора (хлорит и гипохлорит натрия) и перекись водорода.

Поскольку все волокнообразующие полимеры в большей или меньшей степени отличаются чувствительностью к окислитель­ной деструкции, отбе­ливание всегда приводит к некоторому по­вреждению волокон, к ухудшению их физико-химических свойств.

Качество отбеливания оценивается комплексным показателем, учиты­вающим достигнутую степень белизны и степень повреж­дения волокна, оп­ределяемую вискозиметрическим способом.

Остановимся на химии переписного отбеливания. В качестве отбелива­телей могут использоваться различные органические и неорганические пере­киси, являющиеся окислителями. Однако из всех перекисей практическое применение нашла только перекись водорода (Н2О2).

Перекись водорода получают в основном двумя способами: электрохи­мическим анодным окислением серной кислоты и само­окислением продук­тов восстановления 2-этил-антрахинона и других органических веществ.

В настоящее время 80—90 % всех тканей в мире отбеливает­ся с применением перекиси водорода.

Перекись водорода имеет ряд преимуществ по сравнению с другими окислителями. Являясь недорогим отбеливателем мас­сового промышленного производства, она обеспечивает высокий и устойчивый эффект белизны при умеренной опасности повреж­дения волокон, дает широкую возможность вы­бора условий при­менения (периодические и непрерывные способы).

Основным недостатком перекиси водорода является ее неус­тойчивость, что вызывает необходимость стабилизации отбелива­ющих растворов.

Перекись водорода смешивается с водой в любых соотношени­ях, склонна к ассоциации в жидкой фазе за счет водородных связей.

Очень чистая перекись водорода достаточно устойчива (0,5 % разложе­ния в год при температуре 30 °С), но в присутствии сле­дов тяжелых металлов и их ионов, под влиянием радиации (осо­бенно УФ), электрического разряда и других воздействий наблю­дается спонтанное разложение перекиси водорода с выделением тепла (97,3 кДж/моль) при температуре 25 °С. Механизм раз­ложения перекиси водорода зависит от источника инициирова­ния и условий реакции.

Торговая, техническая форма перекиси водорода: пергидроль (30% Н2О2) и высококонцентрированная (85—90% Н2О2). Тек­стильная промыш­ленность получает перекись в виде пергидроля. В технические растворы пе­рекиси водорода в качестве стаби­лизаторов вводят чаще всего фосфаты.

Перекись водорода является окислителем средней силы, ее окислительный потенциал Е=810...840 мВ, а гН 28—29. Пере­кись водорода в зависимости от природы реагирующего с ней вещества и условий может выступать в каче­стве окислителя и восстановителя. По отношению к КI в кислой среде она является окислителем (на этом основан йодометрический метод опреде­ления Н2О2), а по отношению к более сильным окислителям, на­пример гипохлориту (N3010) или перманганату Н2О2, прояв­ляет восстановительные свойства (перманганатный метод опре­деления перекиси).

Перекись водорода является слабой кислотой с константой диссоциа­ции K=1,39-1012 (температура 20 °С). Как двухос­новная кислота перекись во­дорода в водном растворе диссоции­рует (гетеролитическая реакция) на ионы:

  Н2О2               Н+ + НО2. (1)                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                 

Образующийся в результате гетеролитической реакции в ще­лочной среде перекисный ион является нуклеофильным реаген­том и способен окис­лять электрофильные группы, выступающие в роли акцепторов электронов.

Ион НО2 вследствие несимметричного строения и неравномер­ности распределения зарядов менее устойчив, чем сама пере­кись водорода, осо­бенно в присутствии окисляющихся веществ, и разлагается по уравнению

НО2         -ОН + О. (2)                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         

Сложение уравнений  дает суммарное уравнение

Н202->Н20 + O (3)                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        

Реакция (2) характеризует участие атомарного кислорода в реакциях окисления, которое вероятнее всего связано с его от­беливающим действием.

В щелочной среде реакция (1) сдвигается вправо с повыше­нием концентра­ции неустойчивого иона НО;г. При введении ще­лочи образуется также кис­лая соль перекиси NаНО2, которая диссоциирует на ионы:

NаНО2           Nа+ + НО-. (4)                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      

В щелочной среде вследствие нестабильности НО2;г перекись разлага­ется быстрее, чем в кислой среде, в которой происходит ее стабилизация. Щелочь является активатором разложения пе­рекиси и процесса отбеливания, так как реакция (1) сдвигается вправо.

В кислой среде перекись водорода значительно устойчивее, однако и в ней идет разложение перекиси, но через образование катиона Н302:

Н202 + Н         Н302;                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            

Н302               + Н20 + О + Н;                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                

0 + 0       02;                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        

О + 2е        02-.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            

И в кислой и в щелочной средах реакции, приводящие к обра­зованию молекулярного кислорода, обладающего окислительным действием, выводят его непосредственно из отбеливающей си­стемы в виде газа. Он не успевает прореагировать с окрашенны­ми примесями текстильного материала и расхо­дуется непроизво­дительно.

Помимо разложения по реакции (2) с выделением атомарно­го кисло­рода перекись может гомолитически разлагаться по ре­акции с образованием двух гидроксильных радикалов

Возникающий в присутствии катализаторов в гемолитической реакции разложения перекисный радикал является электрофильным реагентом и спо­собен взаимодействовать с нуклеофильными донорами электронов.

Энергия активации гемолитической реакции высокая -210 кДж/моль, она не имеет места в случае чистой перекиси во­дорода. Однако следы многих ве­ществ, особенно тяжелых метал­лов, существенно снижают энергию актива­ции этой реакции и выступают в роли катализаторов. В этом случае реакция проте­кает бурно по радикально-цепному механизму, схема которого для слу­чая присутствия в системе солей металла (Ме) перемен­ной валентности сле­дующая:

Ме + Н2О2->- Ме+ + НО- + 'ОН (начало цепи);  (5)  

НО' + Н2О2-> НОО- + Н2О (рост цепи);              (6)                                                                                                                                                                                         

Ме+ + НОО' -> Ме + О2 + Н+ (обрыв цепи).       (7)  

Из схемы реакций (5 — 7) следует, что в основе катализа ле­жат окисли­тельно-восстановительные реакции металла пере­менной валентности.

Суммарная реакция каталитического разложения имеет сле­дующий вид:

2Н202            Н20 + 02

В зависимости от природы и условий реакции (рН, температу­ра) металлы с переменной валентностью проявляют различную каталитическую актив­ность. В кислой среде (рН 2 — 5) по ката­литической активности металлы можно выстроить в ряд:

Fе3+ > Fе2+ > Сu2+ и Сu3+ > Мn3+.

Напротив, в щелочной среде ионы марганца становятся более актив­ными катализаторами, чем ионы железа и меди.

Очень сильное влияние на разложение перекиси оказывает физическое состояние катализатора, степень дисперсности, ха­рактер распределения в от­беливающей жидкости и на текстиль­ном материале. Это обусловлено тем, что катализ, по существу, является гетерогенным и скорость его зависит от суммарной по­верхности контакта катализатора с раствором перекиси.

Образующиеся в системе радикалы (особенно пергидроксильный Н20) являются сильными окислителями и вызывают окис­лительную деструкцию волокнообразующих полимеров. В свя­зи с этим каталитическое разложение перекиси водорода в при­сутствии тяжелых металлов и их солей необходимо подавлять, вводя в систему специальные стабилизаторы.

В рецептуре отбеливания перекисью водорода предусмотрено введение в отбеливающие системы стабилизаторов ее разложе­ния, снижающих непро­изводительный расход перекиси водоро­да, уменьшающих деполимеризацию волокон и таким образом являющихся регуляторами процесса отбеливания.