Раздел 7. Перспективные технологии

Раздел 7. Перспективные технологии

Развитие текстильного производства невозможно без дальнейшего внедрения ресурсосберегающих экологически безопасных технологий. В настоящее время в качестве перспективных технологий можно выделить следующие:

1) ферментативные технологии обработки текстильных материалов различного волокнистого состава;

2) плазменные технологии отделки текстильных материалов;

3) технологии, основанные на использовании сверхкритического углерода;

4) технологии, основанные на использовании ультразвука;

5) технологии отделки текстильных материалов с использованием энергии электромагнитных колебаний ВЧ/СВЧ-диапазона;

6) применение альтернативных текстильных вспомогательных веществ;

7) использование новых методы очистки сточных вод;

8) пенные технологии отделки (ПТО) текстильных материалов.

7.1 Ферментативные биохимические технологии

Новые экономические условия, сложившиеся в России, ставят текстильную отрасль перед необходимостью поиска новых путей повышения конкурентоспособности продукции. Перед отраслью стоят задачи повышения качества продукции, снижения ее себестоимости при существующей структуре сырьевой базы. Особый интерес в сложившейся ситуации представляет возможность решения этих задач путем разработки новых и совершенствования уже существующих технологий, не требующих обновления парка оборудования отделочных предприятий, а также поиск относительно недорогих и высокоэффективных текстильных вспомогательных веществ.

Другой не менее важный аспект совершенствования технологий текстильной промышленности связан с экологическими проблемами - переходом на применение нетоксичных препаратов и снижением сбросов вредных веществ в сточные воды. Одной из альтернатив традиционным процессам подготовки и отделки текстильных материалов являются энзимные технологии.

Одним из реальных и рентабельных путей принципиальной перестройки процесса подготовки является использование биохимических процессов. Сегодня в текстильной промышленности используются 7 основных групп ферментов: амилазы, липазы, пектиназы, каталазы, протеазы, целлюлазы, лактазы.

Использование энзимов в производстве поможет решить такие важные задачи текстильного производства, как:

- создание более чистого, мягкого, экологичного, неагрессивного и экономичного с точки зрения энергозатрат химического производства;

- более полная переработка низкокачественных натуральных (грубых шерстяных волокон, короткого льняного волокна) волокнистых материалов;

- производство новых текстильных материалов, обладающих принципиально новыми свойствами, соответствующих по качеству требованиям и эстетическим вкусам современного потребителя.

Биохимические катализаторы (ферменты) сочетают свойства как гомогенных, так и гетерогенных катализаторов, а также новые совершенно уникальные качества:

- селективность (избирательность воздействия);

- 100 %-ную биорасщепляемость (полная деструкция в сточных водах);

- мягкие условия проявления активности по отношению к субстрату (температура - 30 °C - 70 °C, рН среды - 4-9).

По данным Европейской организации экономической кооперации и развития (OECD), наиболее широкое применение биотехнологические процессы в текстильной технологии нашли в США и Германии. В текстильной промышленности стран Европы основные направления, по которым идет развитие биотехнологии, связаны с использованием ферментов при расшлихтовке (амилазами), антипиллинговой обработке и мягчении при помощи целлюлаз, удалении остаточной перекиси водорода в процессах отбеливания с каталазами.

7.1.1 Биохимические технологии облагораживания льняных волокон

Пионерские работы по данному направлению основаны на применении микробиологических процессов в процессах активирования мочки льна. Так, при использовании пектолитических ферментов для выделения длинного льняного волокна ускоряется процесс мочки, сокращается количество отходов, получаемое волокно не обладает специфическим запахом. Время мочки льняной соломы при введении в мочильный раствор диффузной вытяжки из Asp. niger, Asp. awamori и Alternaria tenis (ВНИИсинтезбелок), содержащей пектолитические ферменты, сокращается с 24 ч до 15 ч. Процесс мочки льноволокна осуществляли при температуре 37 °C в течение 36-40 ч, концентрация препарата в растворе составляла 0,5 % к массе соломы, рН 8-8,5. Показано, что после биодеградации волокно обладало повышенной гибкостью, прочностью, осветленностью. При внесении большой дозы неочищенного препарата (5 % от объема мочильной жидкости) в мочильную жидкость наряду с пектолитическими ферментами попадали и синтезируемые грибом целлюлолитические ферменты, что приводило к ослаблению получаемого волокна. Поэтому все препараты необходимо предварительно проверять на пектолитическую и целлюлитическую активность.

Применение препаратов Пектоклостридина ГЗХ Пектаваморина П2Х, позволяет ускорить процесс мочки (до 20-22 ч) без повреждения целлюлозы. Солому замачивают в воде при гидромодуле 1:15. Дозы препаратов составляют 0,5 % - 3 % к массе соломы при температуре 38 °C - 39 °C. Проведение мочки льна с препаратом П2Х в воде и в ацетатном буфере с рН 3,8-4,2 при предварительной стерилизации соломы показало, что в нестерильной воде активность препарата снижается, а в ацетатном буфере она выше в 1,5-2 раза, оптимальным является 1 %-ный раствор.

Способ твердофазной ферментации соломы заключается в обработке волокна при влажности волокна 60 % - 80 %. Технология обеспечивает увеличение выхода длинного волокна в 1,5 раза в сравнении с действующей технологией. В работах ЦНИИЛКА проведено сравнительное изучение влияния Пектаваморина ПГХ, Пектиназы, Пектоклостридина ГЗХ, Пектолитина (ВНИИ биотехнический институт) на качество длинного льняного волокна, выделяемого после механической обработки. Показано, что полученное волокно обладает повышенной гибкостью и прочностью к разрыву.

Способ твердофазной ферментации льносоломы с использованием комплекса пектолитических, гемицеллюлазных и целлюлазных ферментов, продуцируемого грибом Frameters P431, позволяет достигнуть эффективной делигнификации. При температуре 12 °C - 40 °C сырье выдерживается в течение 48-50 ч при влажности соломы 40 % - 120 %. Практическая реализация данного способа позволила создать малоотходную технологию с минимальными затратами тепла и энергии за счет исключения стадий отжима и промывки. Новая технология позволяет в среднем увеличить выход волокна в 1,8 раза при получении волокна лучшего качества (N 18 вместо N 11). Экономический эффект от реализации данной технологии складывался в основном из увеличения выхода длинного волокна на 45 % - 50 %, от экономии электроэнергии и от значительного сокращения промывных стоков. По технологии льносолома формируется в рулоны весом 200-220 кг, которые на поддонах помещаются в специальную камеру-помещение (цех), где создается и поддерживается температура около 60 °C и необходимая влажность. Перед помещением в биокамеру рулоны опрыскиваются раствором приготовленного ферментативного препарата и выдерживаются в биокамере в течение суток. Через сутки процесс ферментативной обработки льносоломы завершается, рулоны вынимают из биокамеры, просушивают в течение 1-2 ч и отправляют на мяльные агрегаты, существующие на льноперерабатывающих предприятиях.

Современные биотехнологические подходы к модифицированию целлюлозосодержащих материалов используют биохимическое отбеливание, при котором обработка гемицеллюлатическими ферментами способствует удалению лигнина и, как следствие, приводит к осветлению волокон. Так, например, применение композиции манназы и ксиланазы обеспечивает удаление гемицеллюлоз из целлюлозной пульпы более чем на 80 %.

ИГХТУ разработаны эффективные технологии котонизации льноотходов, например короткого волокна N 2-4. Способ высокоселективной ферментативной котонизации в отличие от химических способов позволяет максимально сохранить целлюлозную составляющую, что подтверждается высоким показателем выхода волокна после механической обработки (50 % - 68 %), низким содержанием непрядомых волокон пуховой фракции. Согласно технологии короткое льняное волокно, предварительно разрезанное и разрыхленное на трепальном агрегате ТБ-3, пропитывается при рН 5,5-6,5 и температуре 35 °C - 40 °C раствором, содержащим Пектофоетидин 1 г/л (или его аналоги), выдерживается при этой температуре в течение 25-60 мин. Затем волокно отжимается, поступает на рыхлительную машину, далее питателем укладывается на транспортер сушильной машины, высушивается до 12 % - 16 % влажности и обрабатывается на трепально-чесальном оборудовании хлопкопрядильного производства. Полученный котонин характеризуется линейной плотностью 320-480 м текс (без учета расщепленности), номером - 1220-1770, разрывной нагрузкой одиночного волокна - 0,0149-0,0198 Н, удлинением одиночного волокна - 4,7 % - 5 %, средней длиной 36,1 мм, закостренностью - 0,29 % - 1 %. Технология формирования хлопкольняной ленты предусматривает: смешение котонина и хлопка на горизонтальном разрыхлительном агрегате, загружение в питатель, пропуск через чесальную машину, где также осуществляется смешение волокон, выравнивание и сильное утонение.

Маломодульная ферментативная технология предобработки льна до механического разволокнения, которая позволяет увеличить степень переработки низкосортного сырья (короткого льняного волокна и очесов), сократить число операций механической обработки. Новая продукция позволит освоить и расширить новые практические области использования натуральных волокон. Предложен новый подход элементаризации комплексного льноволокна, основанный на использовании низкотемпературного биохимического воздействия, обеспечивающего селективное удаление части нецеллюлозных полисахаридов с сохранением структурообразующего лигнинного компонента. В отличие от известных химических и биохимических технологий нами доказана возможность исключения промывок, что значительно упрощает организацию производства. Эффективное ослабление связей клеящего комплекса межклеточного вещества позволяет сократить последующее механическое воздействие. В результате нарушения связей паренхимных тканей обеспечивается более легкое отделение "присушистой" костры. Волокна нового котонина имеют легкую извитость и суженные концы, что придает им дополнительную мягкость.

Преимущества новой технологии перед котонином, получаемым механическим способом на линиях, установленных на российских и белорусских льноперерабатывающих предприятиях, и механохимическим способом, основанным на процессах щелочной варки, заключаются в следующем:

- экологичность за счет исключения использования химических реагентов и применения ферментов супернизкой концентрации (комплекс пектиназ, гемицеллюлаз и целлюлазы);

- низкий расход технологической воды за счет использования маломодульных операций пропитки и исключения стадий промывки, возможность установки оборудования как на льно- и хлопчатобумажных предприятиях, так и на специализированных производствах, свободных производственных площадях, расположенных в городской черте;

- низкая энергоемкость за счет применения холодных методов воздействия;

- отсутствие загрязненных сточных вод.

Рассчитанная потребность в энергоресурсах составляет:

- удельный расход воды - 0,5 л/кг волокна;

- удельный расход пара - 1 кг/кг волокна.

Общая производственная площадь производства составляет 900 м², из них участок предварительной механической очистки - 700 м², участок ферментативной котонизации - 200 м².

В условиях хлопкопрядильного производства хлопкоподобное льноволокно рекомендуется в качестве смесовой составляющей (20 % - 25 % по отношению к хлопковому волокну) для получения пряжи кольцевого способа прядения N 34. По данным физико-механического анализа качества пряжи разрывная нагрузка одиночной нити составляет (Н) 2,8-3,07, что на 10 % - 15 % выше базовой хлопчатобумажной, линейная плотность (текс) - 28,9-29,27, относительная разрывная нагрузка (Н/текс) - 0,0981-0,103, удлинение (%) - 4,9-5,0. Вложение котонина в количестве 17 % - 19 % в хлопчатобумажную пряжу позволяет значительно улучшить гигиенические и прочностные свойства материала. Подготовленная по действующему режиму беления хлопкольняная ткань бязевого ассортимента имеет поверхностную плотность 145 г/м², белизну 81,5 %, более высокую прочность и капиллярность на 30-40 мм выше, чем базовая хлопчатобумажная ткань.

Разработаны низкотемпературные технологии подготовки льняной ровницы взамен высокотемпературным режимам щелочной отварки. Температура обработки ровницы - 35-40 °C при рН на уровне 5,5-6,5 в течение 60 мин.

При обработке ровницы композицией ферментов пектиназ и гемицеллюлаз за счет увеличения степени удаления лигнина на 5 % - 8 % обеспечивается не только улучшение технических свойств, но и цветовых характеристик льняного волокна, соответствующих эффектам, приобретаемым при щелочной отварке ровницы.

Пример технологического режима ферментативной обработки ровницы для получения пряжи цвета серого льна N 34 (модуль 1:10, вес партии - 480-500 кг):

- обработка препаратом Пектофоетидин Г3Х и его аналогами (1-3 г/л в зависимости от активности ферментов), неионогенный смачиватель с низким пенообразованием (Феноксол БВ-0,5 г/л), уксусная кислота - до рН 5,5 при температуре 40 °C - 60 °C в течение 30-60 мин;

- 1-я промывка: триполифосфат натрия 0,4 г/л, сода 1,5-2 г/л, температура 75 °C - 85 °C, длительность - 10 мин; далее - промывка теплой водой, кислование, промывка водой.

Полный технологический режим беления льноотходов с предварительной механической обработкой (трепание и чесание) для получения льняной ваты, включает ферментативную обработку препаратом на основе пектиназ, гемицеллюлаз с концентрацией 0,5-3 г/л (в зависимости от активности ферментов, входящих в них) при рН 6-7 и температуре 50 °C - 60 °C, промывку в растворах ПАВ при 80 °С и далее щелочно-пероксидное беление по технологии, приближенной к способам подготовки хлопкового волокна. Обработку можно проводить в аппаратах периодического действия. Установлено, что беление льняного волокна, прошедшего стадию ферментативной обработки, во избежание глубокой котонизации, образования фракции пуховых волокон и, следовательно, высокой потери массы, необходимо осуществлять в условиях сравнительно низких концентраций гидроксида натрия (не более 1-1,7 г/л) и концентрации пероксида водорода не более 2-2,5 г/л. Капиллярность полученного отбеленного котонина достигает 105-110 мм, поглотительная способность увеличивается до 16,9-17,1 г/г, белизна от 68 % до 78 %, а потеря массы при этом не превышает 25 % - 28 %.

7.1.2 Бесхлорные технологии подготовки льняных и полульняных тканей с использованием на первой стадии биохимических процессов

С ужесточением современных стандартов качества продукции и норм ПДК веществ в сточных водах, предусматривающих полное исключение хлорсодержащих реагентов, разработка технологических режимов облагораживания текстильных материалов, где биотехнология заменяет экологически небезопасные классические химические методы воздействия, является весьма актуальной и своевременной. Впервые создание теоретических основ и разработка бесхлорных технологий отделки текстильных льносодержащих материалов позволили доказать возможность организации работы отечественных льняных текстильных производств на принципиально новом уровне и выпуска текстильных материалов, соответствующих требованиям ГОСТ и современным экологическим стандартам. Высокая экологическая безопасность предлагаемых процессов ферментативно-пероксидного беления подтверждена результатами проведенной экспертизы сточных вод. Выявлено снижение БПК с 200 до 133,2 и ХПК с 545 до 400 мг/л О², повышение прозрачности сточных вод, снижение концентрации взвешенных веществ с 129,5 до 58 мг/л и уменьшение сухого остатка с 1720 до 799 мг/л.

Синергетический эффект от действия амилаз, пектиназ и целлюлаз благоприятствует увеличению сорбционной восприимчивости и реакционной способности целлюлозы по отношению к красителям. Установлено, что в процессе ферментативно-пероксидного беления достигается желаемый результат модификации целлюлозы волокна, обеспечивающий качественное крашение активными красителями в условиях регламентированных режимов. Несмотря на то что белизна тканей, отбеленных по ферментативно-пероксидной технологии в 3 стадии, не превышает 74 % - 78 % для льняных тканей и 78 % - 81 % для полульняных тканей, интенсивность окрасок находится на высоком уровне. Как показала практика отделки тканей, отбеленных по ферментативно-пероксидной технологии, в процессе крашения исключаются некоторые виды брака (белесые пятна и полосы).

Использование композиции амилаз, пектиназ и гемицеллюлаз позволяет реализовать на практике различные технологии бесхлорного беления льняных тканей.

7.1.3 Совмещенные технологии биоотварки, биополировки, мягчения и крашения

Перспективны ферментативные технологии, заменяющие щелочную отварку в процессах подготовки хлопчатобумажных тканей, основаны на обработке пектиназами, содержащими пектатлиазы, целлюлазы и окислительно-восстановительные ферменты, способные катализировать реакции беления. Весьма рациональными являются технологии биоотварки для крашения прямыми и активными красителями.

Положительный эффект ферментативной обработки связан c получением неповрежденной целлюлозы, характеризующейся однородностью морфологической структуры. В случае же крашения отваренных тканей наблюдается более полное истощение красильной ванны при неравномерности окрашивания по диаметру волокна. Это явление связывают с сорбцией красителя в поверхностных структурах поврежденного волокна.

7.1.4 Совмещенные технологии подготовки и мягчения природноокрашенных льняных тканей

Критериями качества подготовки льняных тканей являются основные технические показатели, стандартизируемые требованиями ГОСТ, в первую очередь белизна, капиллярность, прочность на разрыв, а также устойчивость к истиранию. Придание тканям высокой мягкости на данной стадии подготовки рассматривается как необязательное условие, поскольку требования заказчиков и экспортеров продукции весьма различны. Так, ткани, экспортируемые в Италию, должны отличаться высокой формоустойчивостью, характерной для старинных скатертных изделий и определенной жесткостью, а ткани, идущие на экспорт в США, Канаду, Турцию, должны иметь высокую мягкость. Новые тенденции в моде определяют новые функции и качество льняных изделий. Дессинаторские решения все чаще направлены на разработку костюмных льносодержащих тканей. Современные изделия должны иметь повышенную мягкость и драпируемость, подобную хлопчатобумажным тканям, а в некоторых случаях - шелковым материалам.

Имеющиеся в настоящее время технологические решения по усовершенствованию процессов заключительной отделки льна отличаются от традиционных использованием более экологичных ТВВ, т.е. биологически расщепляемых веществ, снижением концентрации формальдегидсодержащих отделочных препаратов, токсичных смол. Однако данные технологии не решают в полной мере всего комплекса проблем экологии, энерго- и материалоемкости технологических процессов с учетом повышения требований качества продукции и требуют дальнейшего совершенствования.

Так, известны отделочные составы для придания тканям и трикотажу мягкости, шелковистости, эластичности на основе предконденсатов термореактивных смол, например: отексид НФ, овисид А, на основе модифицированной диметилодегидроксиэтилен мочевины - Фиксапрет СМ, мягчитель МК-1 - композиция на основе силиконов и термопластичной смолы, Белзофт 200 - на основе алкилоламида и полигликолевого эфира, Перрустол WFH (Rud) - продукт конденсации жирных кислот, предназначенный для хлопчатобумажных махровых изделий, Персофталь FN - смесь из амида жирной кислоты и эфира полигликоля, пригодный для совмещенных операций заключительной отделки и крашения.

Предлагаются технологии мягчения, основанные на использовании неионогенных поверхностно-активных веществ (неонолов, феноксола БФ, синтанолов и др.) и фосфорорганических анионактивных препаратов, которые позволяют снизить потери прочности на 10 % - 20 % и жесткости на 8 % - 10 % по сравнению с текстильными материалами, обработанными традиционными составами. Недостатками известных химических составов для мягчения, используемых в процессах заключительной отделки, является то, что они не обеспечивают долговременного эффекта мягчения, который во многом зависит от условий и числа стирок при последующей эксплуатации тканей и изделий из них. Это связано с тем, что мягчитель поверхностно наносится на текстильный материал. Одновременно применяемые синтетические реактивы в композиционных составах мягчителей могут являться дерматологически небезопасными и значительно ухудшать сточные воды производства.

В связи с возрастающими требованиями к качеству текстильных материалов и экологизации производства использование ферментативных катализаторов весьма актуально для современного производства. Механобиохимическая обработка позволяет нивелировать цветовые пороки материала (желтизна, бурый оттенок), повысить белизну на 8-10 ед, капиллярность на 60-70 мм и мягкость льняной ткани более чем в 3 раза. Степень расшлихтовки достигает 98 % - 99 %, а суммарная степень удаления примесей - от 10 % до 40 %, что превосходит результаты постадийной технологии обработки природноокрашенных тканей путем щелочной отварки, обработки щавелевой кислотой и последующего механохимического мягчения.

Существует несколько вариантов построения технологий:

- для линий ЛЖО (1 секция);

- для обработки расправленным полотном (ВК-3, линии Бенингер, Вакаяма) в сочетании в механической обработкой на аппаратах Аiro-1000s влажного полотна;

- для обработки тканей и изделий на машинах типа КТ-100;

- "холодная" ферментативная обработка на машинах рулонно-перемоточного типа с последующим ворсованием или обработкой на Аiro-1000s сухого полотна (для котонинсодержащих, полульняных и льняных тканей).

В процессе обработки под действием комплекса ферментов происходит расшлихтовка, делигнификация и "эрозия" поверхности волокон. Разработанные технологии позволяют заменить традиционно применяемые операции щелочной отварки или расшлихтовки щавелевой кислотой. Использование обработки препаратами амилаз (например, Аквазим 240 L или Биотекс 0,5-1,5 г/л) в сочетании с препаратами целлюлаз (например, Целлюсофт АР, Целловиридин или Биософт 0,5-2 г/л) при температуре 50 °C - 60 °C в течение 60-90 мин или по схеме: пропитывание в ферментсодержащем растворе при температуре 50 °C - 60 °C при рН 5,5-6,5, выдерживание без подогрева в течение 120-180 мин, промывка, позволяет не только повысить капиллярность, мягкость, выравнивание и осветление естественной серой окраски текстильного материала на 7-10 ед, но и улучшить гриф ткани. Технологии рекомендуются для реализации на традиционном отделочном оборудовании отбельных цехов, например, секции линии непрерывного беления ЛЖО, барках и машинах рулонно-перемоточного типа, (например, ВК-3), а для малых партий - на оборудовании периодического действия типа КТ-100.

Результатами практической реализации способа в условиях отделочного производства Красавинского льнокомбината на линии ЛЖО показано, что совмещенный процесс ферментативной обработки и мягчения способствует снижению разнооттеночности полотен природноокрашенной льняной ткани и повышению выпуска ткани 1 сортом более чем на 20 %. Ткани, отделанные в одну стадию, имеют мягкость в 2 раза выше тканей, подготовленных по действующей технологии, включающей щелочную отварку и обработку щавелевой кислотой, при прочности соответствующей требуемым нормам.

Высокая экологичность предлагаемых процессов подтверждается существенным улучшением характеристик сточных вод: снижение БПК, ХПК, повышение прозрачности сточных вод, снижение концентрации взвешенных веществ и существенное уменьшение сухого остатка (см. 7.1.1).

7.1.5 Беление суконных тканей с присутствием ферментов

Ферментативная обработка позволяет улучшить степень подготовки под крашение, достигнуть мягкого грифа, снизить концентрацию пероксида водорода и уменьшить длительность операции.

Энзимная обработка взамен операции хлорирования шерсти позволяет вести крашение при более низких температурах. При этом доказано, что обработка энзимами не ухудшает стойкость окраски к свету и стирке. Ферментные препараты на основе пулланазы рекомендуются для использования на стадии крашения и заключительной отделки шерстяных трикотажных изделий (рН 4,5-5,5; температура 60 °C, 2 % - 4 % от массы обрабатываемого сырья). Активацию процесса беления в присутствии ферментов - протеаз можно объяснить тем, что в результате гидролиза возрастает количество аминогрупп. Это, в свою очередь, способствует увеличению количества адсорбированной перекиси водорода. Снижение белизны, возможно, обусловлено преобразованием карбоксильных групп дикарбоновых кислот, входящих в состав кератина, и образованием альдегидных групп.

Оптимизированы условия ферментативно-пероксидного беления в присутствии пектиназы и (или) липазы, обеспечивающие при минимальном повреждении волокна белизну на уровне 74 % - 82 %, что на 4 % - 12 % выше, чем при белении пероксидом водорода без фермента в присутствии аммиака при рН 9.

Отмечена сравнительно низкая растворимость отбеленного волокна в растворе МГР, что может быть следствием модификации некоторых аминокислот под действием пероксида водорода и превращения части межмолекулярных цистинных связей в лантиониновые, или межмолекулярной "сшивки" посредством ковалентных связей. Возможна внутримолекулярная окислительная конденсация с образованием десмозина или окисление и адольная конденсация остатков аминокислот лизина и гистидина.

Один из технологических режимов ферментативно-пероксидного беления шерстяных материалов рекомендуется проводить в следующих условиях: модуль ванны 1:20, концентрация сериновой протеазы 0,3 % - 1 % от массы материала, пероксида водорода (32 %-ный раствор) 0,5 %, гидроксида натрия 0,04 %, неионогенный ПАВ 0,03 % при температуре 45 °C в течение 20 мин и далее при повышении температуры до 70 °C 45 мин. Необходимо учитывать, что большинство протеаз устойчивы и активны до рН = 9 и при температурах не выше 45 °C.

При использовании ферментов протеаз, рекомендуемых для технологий обработки текстильных материалов из шерсти, оптимальные концентрации ферментов варьируются от 1-10 г/л в зависимости от активности ферментативной составляющей, условия обработки: модуль 1:20, температура 50 °C, рН 7 при длительности, не превышающей 60 мин. Установлено, что кратковременное воздействие протеазой, приводящее к значительному увеличению скорости крашения шерстяного волокна, обеспечивает поверхностную модификацию чешуйчатого слоя.

Установлена возможность моделирования потребительских свойств шерстяных и шерстьсодержащих тканей путем проведения ферментативной модификации. В процессе сокращенной технологии ферментативной подготовки, совмещенной с заключительной отделкой, ткань приобретает низкую пиллингуемость, стойкость к истиранию, высокую мягкость, драпируемость, наполненность с ярко выраженной фактурой переплетений без образования, характерного для щелочной валки, ворсового застила на поверхности. Эффект увеличения объемности материала обусловлен повышением извитости волокна.

Известны способы ферментативной обработки в сочетании с нетрадиционными способами обработки шерсти, основанными на использовании ультразвука, надкритических жидкостей, ферментов, плазмы. Цели, достигаемые при этом, могут включать в себя получение специальных эффектов, повышение качества продукции, сокращение расхода воды при крашении шерстяных изделий.

7.2 Плазменные технологии отделки текстильных материалов

Новым перспективным направлением модификации свойств материалов является применение источников частиц высоких энергий, в частности плазмы.

Газоразрядной плазмой называют ионизированный газ, содержащий большое количество заряженных частиц-ионов, радикалов и т.д. Совокупность разнообразных по химической активности, энергии и проникающей способности частиц делает низкотемпературную плазму мощным инструментом модификации свойств полимерных материалов, сочетающим в себе элементы как химических, так и физических факторов воздействия.

В зависимости от конкретных технологических условий, поставленной задачи и имеющегося оборудования низкотемпературная плазма может быть возбуждена различными типами электрического разряда (тлеющим, коронным, искровым, факельным, дуговым и барьерным). Наиболее разработанными являются технологии низкотемпературной плазмы тлеющего разряда. Применение плазменного воздействия для улучшения свойств различных волокон, пленок, рулонных материалов широкого профиля позволит осуществить такие процессы отделки, которые невозможны в обычных условиях.

Для модификации шерстяных текстильных материалов используется главным образом НТП, генерируемая тлеющим, барьерным или коронным разрядами. При этом с использованием различных типов разрядов достигаются эффекты малосвойлачиваемости, повышения смачиваемости, накрашиваемости, адгезионных, физико-механических и специальных свойств подготовки.

Плазмохимическая обработка может использоваться для подготовки тканей к процессам крашения и печатания. Замена операции хлорирования шерстяных материалов гипохлоритом натрия на обработку НТП позволяет увеличить набухание волокон, их смачиваемость, уменьшить желтизну, сохранить прочностные характеристики и повысить качество окрасок и узорчатой расцветки. Одновременно достигается улучшение условий труда, снижение объема сточных вод, повышение технико-экономических показателей технологического процесса.

Реализация непрерывной технологии плазмохимической интенсификации шерстяных тканей позволяет:

- повысить скорость диффузии красителей в волокно, что делает возможным перейти к непрерывным технологиям, т.е. к более производительным и экономным, обеспечить при этом высокий уровень колористических и прочностных показателей окраски;

- совместить процессы беления, крашения и одновременно придать шерстяным тканям свойства малоусадочности и несвойлачиваемости, что делает возможным стирку шерстяных тканей в стиральных машинах с эффективным удалением загрязнений;

- технология обеспечивает высокую сохранность физико-механических свойств шерсти и необходимую прочность окрасок при снижении на 55 % - 80 % расхода красителя.

Принципиальная схема плазмохимической экспериментально-промышленной установки УПХ-140 для отделки шерстяных тканей с различной поверхностной плотностью приведена на рисунке 7.5.

Совершенствование плазмохимических установок привело к созданию следующего поколения оборудования - комплексов КПР-180, в которых ролики с тканью расположены в одной камере с электродной системой. Такие установки успешно используются как в России, так и в Китае, Италии.

1 - камера раскатки; 2, 3 - реакторы; 4 - камера накатки; 5 - электродная система; 6, 7 - генераторы; 8,9 - вакуумметры; 10, 11 - ротаметры; 12, 13 - емкости с плазмообразующим газом; 14, 15 - вакуумные насосы

Рисунок 7.1 - Принципиальная схема установки УПХ-140 для плазмохимической обработки тканей

Обработка плазмой позволяет изменить поверхностные свойства материалов, не изменяя их объемных характеристик. Появляется возможность получать материалы с принципиально новыми физико-химическими и физико-механическими характеристиками. Модифицирование свойств поверхностей синтетических полимерных материалов улучшает их гидрофильность, накрашиваемость, печатные свойства, адгезию к металлическим и неметаллическим покрытиям.

Плазменную обработку рекомендуют использовать для текстильных материалов различного волокнистого состава для достижения следующих эффектов:

- обезжиривания шерсти;

- расшлихтовки;

- увеличения гидрофильности и сорбционной способности (смачиваемости, капиллярности);

- повышения адгезионной активности волокнообразующего полимера;

- придания безусадочности и малосвойлачиваемости шерстяным материалам;

- улучшения прочностных свойств;

- придания бактерицидности и т.д.

Особенно актуально применение плазменной обработки для шерстяных текстильных материалов, поскольку она вызывает меньшую деструкцию шерстяного волокна. Принципиальная схема оборудования для плазмохимической обработки текстильных материалов различного волокнистого состава приведена на рисунке 7.6.

Использование плазмы, обладающей поверхностным действием, позволит заменить некоторые жидкостные процессы, требующие применения химических реагентов, на кратковременную обработку текстильного материала в газовом разряде, практически без выделения вредных веществ. Применение плазменных технологий дает возможность снижения водо- и материалопотребления, улучшения целого комплекса потребительских и технологических свойств текстильных материалов, сокращения продолжительности технологических процессов.

1, 2 - камеры раскатки, накатки; 3 - реактор; 4 - электродная система; 5 - раскатное устройство, 6, 7 - накатное устройство

Рисунок 7.2 - Линия плазмохимической обработки шерстяных тканей с целью придания свойств безусадочности и малосвойлачиваемости

Плазмохимические методы интенсификации отделочных технологий зарекомендовали себя перспективными с точки зрения ресурсосбережения и экологической безопасности.

7.3 Технологии, основанные на использовании сверхкритического углерода (СДУ)

Суть технологии заключается в обработке текстильных материалов на стадии подготовки или крашения в среде СДУ, которая является хорошим растворителем для многих красителей, ТВВ, а также обладающая высокими экстракционными свойствами.

В настоящее время уже имеется опыт в области расшлихтовки текстильных материалов с полным удалением примесей гидрофобного характера (воскообразные вещества, парафины, силиконовые соединения, вещества лигнинового комплекса и др.) в среде СДУ.

Среда СДУ наиболее широко используется для окрашивания текстильных материалов с целью полного отделения этого процесса от общего круговорота потребителей технологической воды и исключения поступления красителей и ТВВ в сточные воды предприятий.

1 - насос для подачи теплоносителя; 2 - насос для подачи СО₂; 3 - температурный контроль; 4 - тепловая рубашка; 5 - емкость с рабочей средой; 6 - манометр; 7 - линия непрерывной циркуляции

Рисунок 7.3 - Схема установки для крашения полиэфирных материалов дисперсными красителями в среде СДУ

Большинство научных работ посвящено крашению в среде СДУ полиэфирных волокон. Для ряда дисперсных красителей установлено, что скорость их сорбции синтетическими волокнами коррелируется с растворимостью в СДУ и уменьшается в ряду: синий 79, желтый 119 и красный 153.

Технология крашения шерстяных материалов в среде СДУ развивается по направлению подбора и синтеза специальных красителей, обеспечивающих получение прочных окрасок.

Одним из способов крашения хлопка в среде СДУ является придание целлюлозному волокну гидрофобных свойств путем закрепления на нем пленок акриловых сополимеров или бензоилхлорида посредством ковалентных связей. Высокий выход цвета и необходимая устойчивость окрасок к стирке при использовании дисперсных красителей получены для хлопка, модифицированного бензоилхлоридом со степенью их фиксации на уровне 85 % - 98 %.

Таким образом, технология отделки текстильных материалов в среде СДУ имеет ряд преимуществ, в том числе экологического характера, перед традиционными водными технологиями:

- исключение операций предварительной подготовки воды, ее очистки и возврата в технологический процесс;

- снижение потребления энергии за счет исключения операции сушки обработанного материала;

- отсутствие загрязнения воздушной среды;

- сокращение продолжительности технологических процессов.

Промышленное аппаратурное оформление процессов крашения в среде СДУ может быть проиллюстрировано установкой Fa Jasper, разработанной в центре текстильных исследований Nord-West (Крефельд, Германия) совместно с фирмой Siba (Швейцария) и предназначенной для окрашивания пряжи в бобинах. Установка обеспечивает выбираемость красителей на уровне 97 % - 98 % при потерях циркулирующего CO₂ не более 2 % - 5 %, экономия воды составляет 40-80 л/кг окрашенного материала. При этом реализуется короткий цикл обработки при отсутствии загрязнения стоков.

В настоящее время экотехнология крашения в среде СДУ используется также для колорирования текстильных аксессуаров (например, синтетические застежки-молнии). В целом технология отделки текстиля в среде СДУ с экологической точки зрения представляется перспективной, но требует серьезных капиталовложений при переходе к специализированному оборудованию и дополнительных исследований с целью расширения видов обрабатываемых материалов и изделий.

7.4 Технологии, основанные на использовании ультразвука

Ультразвуковые технологии в текстильной промышленности - это производство и реализация конечных продуктов с минимальным расходом вещества и энергии на всех этапах производственного цикла и с наименьшим воздействием на человека и природные системы. Ультразвуковые колебания способствуют диспергированию красителей в растворах, благоприятствуют протеканию процессов эмульгирования и пептизации. Использование ультразвуковых технологий позволит интенсифицировать процессы беления и крашения, различных пропиток текстильных материалов, отмывание загрязнений, обезжиривания материалов и улучшения некоторых свойств природных и синтетических волокон.

Ультразвуковые технологии рекомендуют использовать для текстильных материалов различного волокнистого состава для достижения следующих эффектов:

- промывки шерсти;

- беления хлопчатобумажных и хлопкополиэфирных тканей;

- интенсификации крашения шерстяных текстильных материалов кислотно-протравными и металлсодержащими красителями;

- интенсификации крашения полиэфирных текстильных материалов дисперсными красителями;

- интенсификации крашения вискозного волокна и нейлона в бобинах.

Основные экологические преимущества, достигаемые при ультразвуковой обработке в текстильной отделке:

- экономия энергии (более низкие температуры процесса и более короткое время обработки);

- воды;

- сокращение потребления вспомогательных средств (моющих ТВВ, красителей, смачивателей).

7.5 Технологии обработки текстильных материалов с использованием энергии электромагнитных колебаний ВЧ/СВЧ-диапазона

Промышленность заинтересована в универсальных методах и соответствующем оборудовании, которые позволяли бы обрабатывать материалы любой толщины, обеспечивать высокие скорости процесса и легко ими управлять.

Поэтому наиболее прогрессивным является процесс нагрева материала в поле токов высокой частоты (ВЧ). Под действием электрического поля ионы и электроны в материале меняют направление движения синхронно с изменением знака заряда электродов, дипольные молекулы приобретают вращательное движение, а неполярные молекулы поляризуются в результате смещения их зарядов. Эти процессы, сопровождаемые трением, приводят к выделению тепла.

Выделяющееся тепло нагревает материал, способствуя продвижению влаги к периферийным слоям и испарению ее с поверхности тела. При сушке в поле токов высокой частоты материал внутри имеет более высокую температуру, чем на поверхности; последнее интенсифицирует процесс сушки, так как градиенты диффузии и термодиффузии направлены в одну сторону. Применение нагрева в ТВЧ создает возможность обеспечить равномерность нагрева всего объема материала, резко сократить время сушки и снизить затраты электроэнергии на проведение процесса.

ВЧ-сушильные машины периодического и непрерывного действия выпускаются как за рубежом, так и в России. Высокочастотная сушка реализуется на предприятиях, выпускающих или перерабатывающих нити в паковках. Высокочастотные устройства для сушки паковок обычно представляют собой установки конвейерного типа.

В настоящее время диэлектрический нагрев в текстильной промышленности используется в основном только при сушке паковок, пряжи или рулонов ткани. Данный факт обусловлен тем, что высокочастотная сушка является чисто физическим процессом и значительно проще поддается управлению и автоматизации при реализации в условиях массового производства.

Для циклов подготовки, колорирования и заключительной отделки текстиля, в которых значительную роль играют также химические и физико-химические процессы, учесть все факторы, оптимизировать условия обработки и создать высокочастотное оборудование гораздо сложнее.

За рубежом широкое применение находит ВЧ/СВЧ-оборудование периодического действия, предназначенное как для сушки, так и для колорирования текстильных материалов. Созданы и серийно производятся ВЧ/СВЧ-установки для крашения объемных изделий.

Процесс крашения волокнистого материала, пропитанного красильным раствором, производится в специальной камере. Аппарат для крашения волокна состоит из генератора ВЧ-колебаний, блока управления рабочей зоны - камеры, снабженной регулируемым электродным устройством. В межэлектродное пространство помещается емкость, выполненная из поглощающего и неотражающего высокочастотное излучение материала, которая заполняется красильным раствором и окрашиваемым волокном. Фиксация красителя волокнообразующим полимером достигается в результате объемного равномерного нагрева текстильного материала при воздействии ВЧ-излучения.

Устройство для периодической обработки рулонов ткани имеет цилиндрическую камеру для введения рулона ткани, навитой на ролик с внутренним электродом. Ролик с тканью, пропитанной красильным составом, приводится во вращение, при этом материал подвергается воздействию ВЧ-поля, создаваемого внутренним и наружным электродами. В установке предусмотрена система подачи в камеру водяного пара или горячего воздуха.

ВЧ/СВЧ-обработка текстильных материалов рекомендуется для получения следующих эффектов:

- интенсификации сушки текстильных материалов;

- интенсификации крашения целлюлозосодержащих текстильных материалов;

- интенсификации процесса заключительной отделки целлюлозных материалов.

Экологические преимущества использования ВЧ/СВЧ-обработки текстильных материалов:

- сокращение расхода красителей на 10 % - 20 %;

- сокращение расхода ПТРС на 10 %;

- сокращение расходов воды в среднем на 15 %;

- снижение расхода электроэнергии.

7.6 Альтернативные текстильные вспомогательные вещества. Сшивающие агенты

Перспективным вариантом решения проблемы бесформальдегидной технологии заключительной отделки целлюлозных текстильных материалов базируется на использовании поликарбоксилсодержащих кислот, способных сшивать макромолекулы целлюлозы за счет образования поперечных сложноэфирных связей. В качестве таких сшивающих агентов рекомендуются 1,2,3,4-бутантетракарбоновая кислота, 1,2,3-пропантрикарбоновая кислота, лимонная кислота, малеиновая и некоторые другие кислоты с числом карбоксильных групп от 4 до 6, при этом предпочтение отдается именно последним.

Для ускорения реакции сшивки макромолекул целлюлозы с помощью поликарбоксикислот предложено использовать различные катализаторы органического и неорганического происхождения. Из них наиболее эффективными оказались фосфорсодержащие неорганические соединения, в частности гипофосфит, фосфаты, пирофосфат. Наилучшие результаты по показателям отделки тканей достигаются при использовании гипофосфита натрия. Типичными условиями для фиксации поликарбоксикислот в целлюлозных волокнах являются: длительность термообработки 45-90 с при температуре 180 °C или 15 с при 215 °C. Технические результаты отделки при использовании поликарбоксикислот в качестве отделочных препаратов для придания хлопчатобумажным тканям свойств таких же, как при использовании хорошо зарекомендовавшего себя формальдегидного препарата карбамола ГЛ.

Экологические преимущества использования поликарбоновых кислот:

- отсутствие выбросов свободного формальдегида в рабочую зону машин;

- отсутствие свободного формальдегида на обработанном текстильном материале;

- снижения расхода воды за счет исключения промывки после обработки;

- отсутствие формальдегида в сточных водах.

Биополимеры

Хитозан - самое известное водорастворимое производное хитина - продукт деацетилирования хитина. Хитозан нерастворим в воде, но хорошо растворяется в разбавленных растворах некоторых кислот, в результате чего приобретает положительный заряд. Наличие в хитозане ионогенных аминогрупп определяет многие его свойства, включая потребительские, многообразие и уникальность которых обеспечивает хитозану широкое практическое применение. Хитозан нетоксичен для водных организмов и для человека. В текстильной промышленности хитозан можно использовать для достижения следующих эффектов:

- улучшения накрашиваемости тканей;

- закрепления окрасок текстильных материалов, окрашенных прямыми красителями;

- для шлихтования и аппретирования тканей;

- в качестве загустителя в пастах для пигментного печатания тканей.

Применение хитозан может найти также в очистке сточных вод.

Экологические преимущества использования хитозана:

- снижение температуры красильного раствора, т.е. меньшее потребление энергии;

- минимизация концентраций используемых ТВВ и красителей;

- минимизация времени пропитки и запаривания, т.е. снижение потребления энергии.

7.6.1 Очистка шерстомойных стоков с применением процессов ферритизации, гальванокоагуляции с последующей фильтрацией (4.1)

Исследования проводились на сточных водах Невинномысского шерстяного комбината, получающихся при промывке шерсти мылом и содой, - общий сток. Очистка проводилась методом ферритизации с введением 15, 20, 25 % (по объему) магнетита к сточной воде.

Доочистка производилась на гальванокоагуляторе Fе:С (Cu) или на гальванокоагуляторе Al:С с последующей фильтрацией.

Исходная и очищенная вода после каждой стадии анализировалась по показателям: ХПК, содержание жира, плотного остатка растворенных веществ, рН.

Таблица 7.1 - Сравнительные показатели исходной и очищенной воды после каждой стадии доочистки

Показатель качества воды	Исходная сточная вода	Очищенный сток
		после ферритизации	после ферритизации
			гальванокоагуляции	гальванокоагуляции и фильтрации
ХПК, мг О2/л	26 592	12 651	7824	496
Содержание жира, мг/л	7010	3400	2600	350
Содержание плотного остатка, мг/л	23 900	15 000	14 100	1500
Содержание растворенных веществ, мг/л	13 500	11 000	9700	1500
Содержание взвешенных веществ, мг/л	10 400	4000	3400	0
рН	9,0	9,0	7,0	7,0

Ферритизация шерстомойных стоков обеспечивает снижение загрязнений по ХПК на 30 % - 70 %, содержание жира на 50 % - 96 %, плотного остатка на 43 % - 74 %, растворенных веществ на 10 % - 30 %, взвешенных веществ на 60 % - 93 %.

Последующая доочистка гальванокоагуляцией в коагуляторе Al:С локальных очистных сооружений позволяет снизить содержание загрязнений по отношению к исходной воде: ХПК на 54 % - 71 %, содержание жира на 63 % - 90 %, плотного остатка на 43 % - 74 %, растворенных веществ на 30 % - 64 %, взвешенных веществ на 58 % - 96 %.

Последующая фильтрация стоков после гальванокоагулятора Al:С обеспечивает общее снижение загрязнений по ХПК на 77 % - 98 %, содержание жира на 93 % - 4 %, плотного остатка на 74 % - 93 %, растворенных веществ на 61 % - 80 %, взвешенных веществ на 100 %.

Очистка на гальванокоагуляторе Fe:С (Cu) после ферритизации дала снижение загрязнений по отношению к исходной воде по ХПК на 98 %, содержание жира на 94 %, плотного остатка - на 93 %, растворенных веществ - на 96 %.

Таким образом, выявлена возможность создания технологической цепочки "ферритизация-гальванокоагуляция-фильтрация", обеспечивающей высокую степень очистки по ХПК на 77 % - 78 %, содержанию шерстного жира 93 % - 94 %, плотного остатка на 74 % - 93 %, растворенных веществ на 61 % - 80 %, взвешенных веществ до 100 %.

Очистка шерстомойных стоков по данной схеме создает предпосылки внедрения повторно-оборотной технологии промывки шерсти (после проведения промывки шерсти очищенными стоками).

7.6.2 Применение ультрафильтрации для концентрирования шерстного жира из сточных вод предприятий первичной обработки шерсти

В настоящее время очистительные сооружения шерстомойных производств дорогостоящие и требуют значительных капиталовложений. Изыскания и разработки эффективных методов очистки сточных вод продолжают оставаться актуальными. Загрязнения, которые попадают в водоемы со сточными водами предприятий первичной обработки шерсти, выпускающих в сутки до 50 т мытой шерсти, соответствуют загрязнениям бытовых сточных вод города с населением 400-500 тыс. человек. В то же время сточные воды предприятий первичной обработки шерсти содержат ценные вещества и в первую очередь шерстный жир, спрос на который постоянно растет.

В процессе промывки шерсти образуются большие объемы сточных вод. Расход воды зависит от вида шерсти и составляет от 12 до 25 м³/т мытой шерсти. Жиропот образуется в результате соединения выделяющихся из кожи овец шерстного жира и пота. Пот легко растворим в воде. Его раствор имеет щелочной характер и обладает моющими свойствами. Шерстный жир состоит из смеси сложных химических соединений - кислот, спиртов и эфиров. В числе спиртов, имеющихся в шерстном жире, находится холестерин, ланостерин, цериловый спирт и др. (всего от 40 % до 55 % высокомолекулярных спиртов). Среди эфиров встречаются простые с общей формулой РСООR и сложные, как правило, трудно омыляющиеся.

Шерстяной жир - незаменимое сырье для косметической, фармакологической и кожгалантерейной промышленности, спрос на который постоянно растет. В то же время он является одним из самых вредных, биологически активных загрязнений вод.

Одним из перспективных направлений является разработка эффективных методов очистки сточных вод с использованием мембранных технологий.

Эффективность мембранных технологий подтверждена при очистке воды эмульгированных стоков, ионогенных органических веществ, устойчивых эмульсий и ряда других трудноудаляемых ингредиентов.

На основании экспериментальных исследований процесса ультрафильтрации шерстомойных сточных вод, проведенных в лабораторных условиях Межотраслевой проблемной лаборатории мембранных технологий ТарГУ им. М.Х. Дулати и производственных условиях Таразской фабрики первичной обработки шерсти АО "Тулпар" сформулированы следующие рекомендации по применению ультрафильтрации для концентрирования шерстного жира из сточных вод фабрик первичной обработки шерсти с целью более полного его извлечения, а также для очистки стоков и возврата воды в технологический цикл.

Ультрафильтрации можно подвергать стоки от мойки как тонких, так и грубых сортов шерсти, т.е. сильно- и малозажиренные стоки.

Для процесса концентрирования стоков рекомендуется использовать мембраны с размером пор 0,03-0,05 мкм. Из выпускаемых на сегодняшний день промышленностью стран СНГ мембран целесообразно применять мембраны марки УПМ-ПП, УПМ-100П, либо УПМ-П, керамические мембранные элементы АРТМ-05 ПЗ.

Для процесса ультрафильтрации и концентрирования стоков можно использовать ультрафильтрационные установки с плоскорамными и трубчатыми керамическими мембранными элементами. При использовании плоскорамных элементов процесс необходимо проводить при температуре 45 °C и давлении 0,3-0,4 МПа, При использовании керамических элементов - при температуре 45 °C - 50 °C и давлении 0,2 МПа.

С целью стабильной работы установки, исключения забивания каналов и повреждения мембран необходимо проводить удаление грубых механических примесей и предварительный отстой стоков в течение не менее 4 ч или обработку стоков на гидроциклоне.

В установке должны быть предусмотрены теплообменники для поддержания температуры процесса ультрафильтрации на оптимальном уровне, а также фильтры на 100 мкм для контрольной очистки исходных стоков от грубо-дисперсных частиц перед подачей их на ультрафильтрацию.

Рекомендуемая схема работы установки - полунепрерывная. Концентрирование стоков следует проводить в зависимости от зажиренности стоков.

Минимальная степень концентрирования (отношение объема фильтрата к объему стоков, находящихся в установке) по стокам от мойки грубых сортов шерсти - 5-7 раз, от мойки тонких сортов шерсти - 7-10 раз. Максимальная степень концентрирования определяется уравнением скорости ультрафильтрации и конструктивными особенностями жиродобывающих сепараторов.

Очищенные стоки (фильтрат) можно направлять во вторую барку шерстомойной машины для участия в процессе промывки шерсти после соответствующего подкрепления моющими средствами.

Ультрафильтрационная установка должна быть оснащена моющей станцией, включающей циркуляционную емкость для моющего раствора, специальные резервуары для приготовления концентрированных растворов очищающих и дезинфицирующих средств.

Установка комплектуется контрольно-измерительными приборами и средствами автоматики, позволяющими осуществлять следующие операции:

- контроль давления и температуры продукта (или моющего раствора) на входе и выходе установки;

- автоматическое регулирование температуры продукта и моющих средств в пределах 40 °C - 50 °C и 55 °C - 60 °C соответственно;

- определение расхода фильтрата и концентрата;

- контроль прозрачности фильтрата на выходе из установки;

- отключение всей установки при температуре продукта или моющих средств более 75 °C, при давлении жидкости на выходе установки более 0,5 МПа;

- контроль уровня продукта в циркуляционном баке, сигнализацию верхнего и нижнего уровней, автоматическую подачу или отключение подачи исходных стоков в зависимости от уровня.

Конструкция установки должна быть модульной для удобства размещения и монтажа в действующем цехе предприятия первичной обработки шерсти. Узлы и детали установки, а также трубопроводы и арматура, соприкасающаяся с продуктом фильтрации, должны быть изготовлены из нержавеющей стали.

Система смазки механизмов должна быть стойкой к воздействию агрессивных сред. Все емкости, через которые проходит продукт, должны иметь закрывающиеся крышки или люки для предотвращения излишнего испарения в помещении цеха.

В установке должна быть предусмотрена возможность слива остатков продукта из фильтрационной и концентрационной линий.

7.7 Пенные технологии отделки (ПТО) текстильных материалов

Сущность ПТО состоит в замене большей части жидкости в отделочных средах воздухом (всегда доступным, безвредным и бесплатным), вследствие чего в среднем в 3-4 раза снижается влагосодержание обработанного материала и соответственно сокращается расход энергии на удаление из него жидкости в процессах тепловой обработки.

Таблица 7.2 - Сравнительные показатели отделки тканей по водной и пенной технологиям

Показатель	Водная обработка	Пенная обработка
Поверхностная плотность коврового полотна, г/м2	800	800
Влагопоглощение при пропитке, %	400	40
Удельные затраты на нагрев полотна от 20 °C до 100 °C	1250	240
Влажность полотна после обработки в зрельнике, %	75	45
Количество тепла для высушивания полотна до 10 %-ной влажности, кДж	1440	530
Расход энергии, кВт/ч	440	150

Преимущества ПТО рассматриваются химиками-текстильщиками. Реализация ПТО позволяет повысить уровень безопасности и культуры производства, существенно сократить:

- объем производственных сточных вод;

- расход тепловой и электрической энергии;

- использование химических материалов.

В процессах подготовки текстильных материалов пенные среды могут успешно использоваться для эмульсирования шерстяных гребенных лент, шлихтования, беления (в том числе и с применением оптических отбеливателей), мерсеризации хлопчатобумажных и карбонизации шерстяных тканей. Наряду с улучшением качества подготовки и экономической составляющей указанных процессов, отмечается повышение уровня экологической чистоты и безопасности применения пенных технологий. Это наглядно демонстрируется данными таблицы.

Таблица 7.3 - Результаты сравнения процессов водного и пенного шлихтования и карбонизации

Шлихтование	Среда		Карбонизация	Среда
	водная	пенная		водная	пенная
Адгезия шлихты, Н	4,18	6,86	Степень полимеризации примесей	266	170
Прочность пленки, Н/м	0,58	0,77	Потеря прочности шерсти, %	15-20	6-8
Относительный расход:			Остаточное содержание Н2SO4, %	0,7-1,0	0,5
- воды	1,00	0,55	Относительный расход кислоты	1,00	0,85
- тепла	1,00	0,65
- электроэнергии	1,00	0,65
- химматериалов	1,00	0,80
Содержание шлихты в стоках	1,00	0,7	Температура сушки, °C	85-95	75-80
Общие затраты	1,00	0,7-0,8	Общие затраты	1,00	0,75

В технологиях пенного крашения, которое осуществляется при низком модуле ванны (5-10), достигается уменьшение расхода воды (до 30 %), энергии (до 40 %), красителей и ТВВ (до 15 %) и существенно меньшее загрязнение промстоков (см. таблицу 7.9).

В процессах пенной печати прежде всего достигается возможность снижения расхода загустителя:

- для активных красителей - на 65 %:

- для дисперсных красителей - на 60 %:

- для пигментов - на 50 %.

Одновременно умягчается гриф напечатанного материала, улучшаются качественные показатели окрасок. В случае печати пигментами (более 80 % от общего объема печатной продукции) переход к вспененным краскам позволяет полностью исключить применение взрыво- и пожароопасных эмульсионных загусток.

При пенной печати интенсифицируется процесс промывки напечатанных материалов (за счет содержания в композиции ПАВ-пенообразователя), снижается температура фиксирующей термообработки (вследствие пониженного влагосодержания материала).

На стадии заключительной отделки перспективные результаты получены при обработке текстильных материалов высокократными пенами с низким содержанием водной фазы, что позволяет увеличить скорость работы сушильно-ширильных машин в 1,5-2,0 раза со снижением температуры термообработки на 15 °C - 20 °C. Это обусловливает уменьшение выделения формальдегида из компонентов аппретирующих композиций, улучшение показателей общих и специальных видов отделки (малосминаемость, формоустойчивость, гидро- и олеофобность, огнестойкость, биоцидность, грязеотталкивание и др.).