ТВВ общего назначения, применяемые в текстильной промышленности.

Моющие средства. Теория моющего действия Ребиндера. Этапы удаления загрязнений с поверхности текстильных материалов.

Моющие средства в текстильном производстве применяются на стадии подготовки текстильных материалов для удаления природных загрязнений и на стадии промывки тканей после крашения и печати. Трудность удаления загрязнителей и незафиксированного красителя при промывке вызывает необходимость введения в промывную ванну текстильных вспомогательных веществ, основным компонентом которых являются поверхностно-активные вещества. Они снижают поверхностное натяжение жидкости на границе раздела фаз обрабатываемая ткань – промывной раствор. Низкое поверхностное натяжение и вязкость равновесной жидкости ведут к быстрому смачиванию ткани и проникновению промывного раствора в объем волокна. Зная механизм взаимодействия ТВВ с красителями, и целенаправленно изменяя состояние красителя на волокне, можно ускорять процесс промывки и управлять качеством получаемой окраски.

 

Механизм моющего действия

 

Моющее действие (удаление загрязнителей) в общем виде можно представить как адсорбционно-десорбционный последовательно-параллельный процесс, в котором участвуют поверхность П, загрязнитель 3 и раствор моющего вещества М, и записать в виде уравнения:

К ₁

ПЗ + 2 М ↔ ПМ + МЗ.

Скорости удаления и осаждения загрязнителя можно представить выражениями

= К₁ [ПЗ] [М]²; = К_-1 [ПМ] [ЗМ],

в которых константы скорости прямого и обратного процессов равны:

 

К₁ = z₁ ехр (- ∆ G₁/RT); К-₁ = z_-1 ехр (— ∆ G_-1/RT).

В условиях равновесия константа равновесия

К_р - K₁/K-₁ = ехр [(∆ G_-1 — ∆ G₁)/ RT ] или -∆G = - ∆ G₁ + ∆ G_-1 = RTlnK_p

 

Таким образом, для удаления загрязнителя необходимо уменьшить энергию системы на величину ∆G, которая в общем случае определяется работой адсорбции и растеканием моющего вещества. Однако на практике для удаления загрязнителей всегда требуются дополнительные затраты энергии на диспергирование загрязнителей. Суммарное изменение свободной энергии процесса будет складываться из изменения свободных энергий смачивания, диспергирования, мицеллообразования, солюбилизации и зависеть от природы текстильного материала и загрязнителей.

Различают 4 основные стадии в механизме моющего действия, которым предшествует растворение водорастворимых загрязнителей:

а) смачивание раствором моющего вещества с образованием адсорбционных слоев на поверхности ткани и загрязнителей и перевод последних в активированное состояние, в результате чего происходит растекание слоя ПАВ по микротрещинам и измельчение частичек;

б) удаление загрязнителей с поверхности диспергированием (в результате эмульгирования, суспендирования, пенообразования) и солюбилизации;

в) удержание загрязнителей в объеме раствора вследствие эмульгирования, солюбилизации и частично пено­образования и суспендирования;

г) сдвиг равновесия мицел­ла-мономер в сторону образования адсорбционных слоев при достаточной концентрации ПАВ (рис...).

 

Рис.. Различные случаи расположения моющих ПАВ в растворе (круж­ком обозначена гидрофильная часть молекулы ПАВ):

а — на границе раздела воздух — вода; б — на границе раздела масло — во­да; в — в мыльных пленках, окруженных воздухом; г — на неполярных или нейтральных твердых поверхностях в водном растворе (слева) или на полярных твердых поверхностях (справа); д — образование двойного слоя вокруг пленки масла; е — мицелла с захваченной частицей масла

 

Выбор моющих веществ основан на эмпирическом определении моющего (отбеливающего) действия с учетом обратного процесса — осаждения на поверхности загрязнителей. Оценку моющего действия (МД) проводят путем сравнения белизны незагрязненной ткани То, загрязненной T₁ и выстиранной Т₂ по формуле (%)

МД = (In Т₂- ln Т₁)/(ln T₀ -In Т₁) ×100, %

Сравнение различных классов ПАВ по значениям МД проводят, взяв в качестве стандартных веществ додецилсульфат или додецилбензолсульфонат натрия. В качестве загрязнителей применяют специально подобранные смеси органических и неорганических веществ, моделирующих естественные загрязнители. Обратное осаждение загрязнителей или антиресорбционное действие определяют, оценивая степень осаждения технического углерода (сажи) из суспензии.

Кроме параметра МД для суждения о моющем действии определяют в стандартных условиях количество затрачиваемого ПАВ и выполненную им работу. Очевидно, что лучшим является то ПАВ, которое при более низких температурах и меньших затратах механической энергии (и в меньших количествах) проявляет более высокое моющее действие.(Бухштаб).

В основе действия моющего средства лежит взаимодействие ПАВ с загрязненными поверхностями, которое усиливается присутствием правильно подобранных электролитов (растворов неорганических солей, щелочей или кислот). Если загрязнение - жидкое вещество, эффективность моющего препарата определяется эмульгирующей способностью. ПАВ, адсорбируясь на поверхности капель жирового вещества, образует прочную оболочку, препятствующую слиянию других капель. Если загрязнение - твердое вещество, основным свойством моющего препарата является диспергирующая способность. Моющий раствор проникает в мельчайшие зазоры и трещины между частицами загрязнения и, адсорбируясь на этих частицах, создает расклинивающее давление, которое размельчает и отрывает их.

Солюбилизация заключается в поглощении гидрофобными радикалами молекулы нерастворимых в воде веществ. Это означает, что водные растворы ПАВ в определенных условиях способны поглощать значительные количества нерастворимых в воде веществ как твердых, так и жидких.

Стабилизация - один из важнейших этапов моющего процесса, суть его заключается в способности моющего раствора удерживать в объеме загрязнения, препятствуя обратному осаждению их на поверхность текстильного материала (ресорбция)

Моющие средства

Моющее средство это сбалансированный комплекс поверхностно-активных веществ, электролитов и активных добавок. Они делятся на 4 основных класса: анионоактивные, катионоактивные,неионогенные и амфотерные в зависимости от природы основного ПАВ, входящего в состав моющего препарата. Наибольшее практическое значение имеют анионактивные и неионогенные моющие средства.

Анионоактивные ПАВ, применяемые в качестве моющих средств.

Старейшим и простейшим моющим средством является мыло. К анионактивным моющим веществам относят алкилсульфаты, алкиларилсульфонаты, алкилсульфонаты которые содержат в качестве гидрофобного остатка длинную алкильную или арилалкильную группировку. Гидрофильным остатком в молекулах таких веществ является сульфатная или сульфонатная группа, способная образовывать водорастворимые соли с ств.металлами, соединения которых придают воде жесткость. У алкилсульфатов с прямой углеводородной цепью моющая способность наиболее ярко проявляется при содержании в цепи 12-14 атомов углерода.

Алкилфосфаты применяются для стирки шерстяных и шелковых тканей.

Наибольшее значение среди моющих ПАВ получили арилалкилсульфонаты, преимущественно моноалколбензолсульфонаты, известные под названием сульфонолы.

Алкилсульфонаты, представляют собой натриевые соли сульфокислот жирного ряда, содержащие в цепи 12-18 углеродных атомов.

Неионогенные ПАВ, применяемые в качестве моющих средств.

В качестве неионогенных моющих средств применяют ПАВ, получаемые при конденсации жирных кислот, жирных спиртов, жирных аминов, алкилфенолов, меркаптанов, таллового масла и др. веществ с различным количеством молекул оксида этилена. Например, к оксиэтилированным алкилфенолам относится препарат феноксол БВ, к оксиэтилированным нонилфенолам – неонол АФ 9/10,которые выпускаются ОАО «Ивхимпром» и применяются при составлении моющих композиций.

К неионогенным моющим средствам относят также блок-сополимеры, включающие также оксиэтиленовые и оксипропиленовые фрагменты. Такие соединения обладают хорошей смачивающей способностью и обеспечивают эффективное эмульгирование полярных и неполярных веществ. Однако моющая способность блок-сополимеров невысока, но в смеси с другими ПАВ благодаря синергическому эффекту она усиливается.

К достоинствам неионогенных моющих средств следует отнести отсутствие солеобразующих групп, что обеспечивает хорошую совместимость с анионо- и катионоактивными средствами; хорошую устойчивость к солям жесткости, хорошую диспергирующую способность, низкую пенообразующую способность.

На практике при составлении рецептур моющих препаратов используют комбинации неионогенных и анионоактивных ПАВ. Неионогенный компонент проявляет хорошую эмульгирующую способность, усиливая диспергирующее и моющее действие анионоактивного ПАВ. (Воробьев Ю.Г.,Шапошников Г.П.)

Промывка текстильных материалов, окрашенных активными красителями (Е. Т.-лит-ра)

 

Промывка текстильных материалов, колорированных активными красителями, является одним из наиболее энергоемких процессов отделочного производства текстильной промышленности [35]. При промывке тканей, окрашенных активными красителями, их хорошая растворимость в воде облегчает удаление незафиксированного красителя. Однако высокое сродство данного класса красителей к волокну затрудняет этот процесс.

Удаление незафиксированного красителя – сложный процесс, зависящий от множества переменных факторов. Поэтому при составлении режимов промывки и моющих композиций следует обращать внимание на данные факторы, что позволит создать высокоэффективную технологию промывки, позволяющую рационально и эффективно использовать энергетические ресурсы и химические реагенты.

Существующие в настоящее время ПАВ, применяемые в текстильной промышленности, обладают различными поверхностно-активными свойствами. У одних наиболее выражена моющая и смачивающая способность, у других – эмульгирующая, диспергирующая, выравнивающая и т.д. Иногда одно и то же ПАВ обладает несколькими свойствами сразу. Поэтому при выборе подходящих интенсификаторов и технологий промывки следует обращать внимание на свойства данных веществ и вымываемых красителей [36]. На моющую способность ПАВ относительно вымываемого красителя (способность красителей удаляться с ткани) существенное влияние оказывает состояние незафиксированного красителя в субстрате: природа связи краситель-волокно, степень дисперсности и ориентация красителей относительно макромолекулярных цепей волокна.