СОВМЕЩЕННЫЙ СПОСОБ ПОДГОТОВКИ К ПРЯДЕНИЮ И КРАШЕНИЯ ЛЬНЯНОГО ВОЛОКНА
COMBINED METHOD OF FLAX FIBER DYEING AND PREPARATION FOR SPINNING

Введение
Изобретение относится к текстильной промышленности, а именно к технологии подготовки к прядению и крашения льняного волокна.
Уровень техники
Среди широкого ассортимента льносодержащих текстильных материалов особое место занимают изделия из окрашенного волокна с разнообразными эффектами колористического оформления методом ткацкого или трикотажного рисунка. Традиционно технологический цикл химической переработки волокнистого материала для получения данной продукции предусматривает раздельное проведение процессов подготовки волокна к прядению, получения пряжи и ее крашения.
В частности, при использовании технического (длинного) льняного волокна колорированию подвергается льняная пряжа, сформированная методом мокрого прядения из отваренной ровницы для получения темных тонов окраски или из беленой ровницы для крашения в светлые тона. На первом этапе проводят подготовку ровницы к прядению путем многостадийных и длительных воздействий на льноволокно низкоконцентрированными растворами кислот, щелочей и окислителей для рационального удаления полимерных спутников целлюлозы. Серое волокно получают способом щелочной варки [Фридлянд Г.И. Отделка льняных тканей / М.: Легкая и пищ. пром-сть. 1982. - С.63-64]. Для получения беленой пряжи ровницу облагораживают способом двустадийной щелочно-пероксидной обработки, включающей щелочную варку и пероксидное беление, или одностадийной окислительной варки с повышенной концентрацией щелочных агентов и пероксида [Фридлянд Г.И. Отделка льняных тканей / М.: Легкая и пищ. пром-сть. 1982. -
С.68-70]. После формирования из подготовленной ровницы в прядильном производстве пряжи она высушивается, перематывается на бобины и подвергается окрашиванию.
Среди основных классов красителей для колорирования льняных волокон в настоящее время наиболее широко используют сернистые и кубовые. Первый класс применяется в основном для получения гладкокрашеных тканей. Второй класс благодаря высокой устойчивости окисленной формы пигментов к действию химических реагентов более предпочтителен для производства пестротканых полотен, подвергающихся в отделочном производстве дополнительным операциям беления. Крашение кубовыми красителями осуществляют с использованием трех основных способов: 1) щелочно-восстановительного, то есть крашение щелочным раствором восстановленного красителя; 2) суспензионного; 3) лейкокислотного [Якимчук Р.П., Мищенко А.В., Булушева Н.Е. Применение кубовых красителей (физико-химические основы). - М.: Легпромбытиздат, 1985. - С.135-157].
Достоинствами раздельного проведения процессов подготовки и колорирования является то, что при любом способе крашения льняного волокна, подготовленного по различным режимам, возможно получение широкой гаммы цветов.
Недостатками этих способов являются их длительность и трудоемкость, большие энергозатраты, высокий расход химических материалов. Получаемая пряжа характеризуется высокой неровнотой как по показателям прочностных и деформационных свойств пряжи, так и по колористическим характеристикам. Дополнительное воздействие щелочно-восстановительных растворов при крашении пряжи после подготовки ровницы приводит к снижению физико-механических свойств пряжи в сравнении с неокрашенной, что повышает ее обрывность в ткачестве.
Известны варианты проведения подготовки и крашения льняного волокна до прядения.
В частности, двухстадийный способ подготовки и крашения кубовыми красителями льняной ровницы предусматривает проведение операций окислительной варки, двукратной промывки водой, крашения отбеленной ровницы кубовым красителем в присутствии гидросульфита, мыловки и окисления красителя перекисным раствором, двукратной промывки моющим средством и горячей водой, кислования уксусной кислотой и заключительной промывки холодной водой [Фридлянд Г.И. Отделка льняных тканей / М.: Легкая и пищ. пром-сть. 1982. - С.149-151]. Далее окрашенная ровница направляется на прядение мокрым способом на прядильные машины.
В сравнении с крашением волокна в пряже этот способ позволяет исключить операции кислования и промывки при подготовке ровницы, перематывание пряжи на бобины перед окрашиванием, а также сократить расход щелочи на 20-25% и пероксида на 10-15% при отбеливании. Однако получаемая пряжа обладает высокой неравномерностью геометрических и прочностных показателей и значительной неровнотой окраски в связи с неполным разрушением пектиновой клеящей основы инкрустирующих остатков паренхимных тканей на поверхности лубяных пучков при значительной убыли массы волокна при подготовке ровницы, достигающей предельного уровня 20%.
Раздельные способы подготовки к прядению и последующего крашения известны также при переработке короткого льняного волокна для получения окрашенного хлопкоподобного волокна - котонин [SU 958550 А, опубл. 15.02.1982; RU 2073753 С1, опубл. 20.02.1997; RU 2132422 C1, опубл. 27.06.1999; RU 2175361 C1, опубл. 27.10.2001; DE 2012171 B2, опубл. 21.08.1975, GB 1509450 А, опубл. 14.05.1978]. Котонизацию проводят либо путем механического разволокнения сырья, либо комбинацией механического разволокнения и химического разрушения клеящих веществ под действием щелочных агентов и окислителей для уменьшения толщины (линейной плотности) льняных комплексов, что позволяет перерабатывать котонин в смесках с хлопком, шерстью и штапелированными химическими волокнами методом сухого прядения. Для получения цветной смесовой пряжи используют предварительно окрашенные «в тон» волокнистые компоненты. С этой целью крашение льняного котонина проводят в массе кубовыми красителями с использованием серосодержащих или азотсодержащих восстановителей.
Недостатками этих способов являются многостадийность основных операций, включающих две варки и отбеливание, большая продолжительность - 3-4 часа, использование токсичных и агрессивных реагентов, таких как хлорсодержащие отбеливатели, надуксусная кислота, минеральные кислоты, что ухудшает экологичность процесса и санитарно-гигиенические условия труда.
Добиться экологизации процессов подготовки льняных волокнистых материалов позволяет замена химических обработок на ферментативные способы, получившие в англоязычной литературе название bioscouring - «биоотварка» [Ossola M., Galante Y.M. Scouring of flax rove with aid of enzymes / Enzyme and Microbial Technology, 2004, vol.34. - P.177-186].
В частности, известно применение композиций ферментных препаратов Пектаваморин П10х и Липоризин Г3х на стадии энзимной обработки для расщепления примесей механически подготовленного короткого льняного волокна с последующим проведением пероксидного беления и кислования раствором серной кислоты, промежуточными и заключительной промывками [RU 2157434 С1, опубл. 10.10.2000].
К недостаткам этого способа следует отнести излишнюю раздробленность волокнистого материала и высокое содержание волокон пуховой группы - 18-26%, приемлемое для получения ваты, но не позволяющее перерабатывать волокно в пряжу.
Известен способ ферментативно-пероксидной подготовки к прядению длинного льняного волокна после операций механической подготовки чесания и формирования ровницы с использованием отечественного ферментного препарата Пектофоетидин П10х (ТУ 64-13-04-87) [Кундий С.А. Разработка энергосберегающих экологически безопасных технологий подготовки льняных материалов на основе биопроцессов // Дисс. канд. техн. наук. - Иваново, 1999. - С.124-152]. Этот препарат содержит в качестве основного компонента пектинразрушающий фермент пектиназу (эндополигалактуроназу) с уровнем активности 1500 ед./г, пектинэстеразу 60-80 ед./г, эндоглюканазу 19 ед./г и кислую протеазу 3-10 ед./г, а также в следовых количествах экзополигалактуроназу и ксиланазу. Способ включает следующие стадии:
1 - энзимная обработка при 37-50°С и значении рН 3,5-7,5 в течение 20-60 мин раствором, содержащим 3-5 г/л препарата Пектофоетидин П10х, что обеспечивает уровень активности ферментов, ед./мл:
эндополигалактуроназа
4,5-7,5
пектинэстераза
0,18-0,4
эндоглюканаза
0,06-0,1
протеаза
0,01-0,05
2 - промывка горячей водой 86°С в течение 5 мин;
3 - окислительная варка раствором, содержащим пероксид водорода (100%) 1,49 г/л, метасиликат 6,2 г/л и щелочные агенты триполифосфат натрия 0,3 г/л, соду кальцинированную до общей щелочности 7,6 г/л (в пересчете на едкий натр), с нагревом до 98°С и общей продолжительностью процесса 105 мин;
4 - промывка раствором триполифосфата 0,4 г/л при 80°С в течение 20 мин и далее дважды горячей водой при 70°С и 65°С по 10 мин;
5 - антимикробная обработка уксусной кислотой 0,9 г/л при 55°С в течение 15 мин. Подготовленная ровница направляется на прядильные машины.
Однако этот способ ориентирован на получение отбеленной ровницы. Окрашивание волокна проводят в пряже, что обусловливает отмеченные ранее повышенное энергопотребление раздельно проводимых процессов и потерю механической прочности пряжи после крашения. Кроме того, при подготовке по указанному способу волокна из отечественного льняного сырья низка степень удаления пектиновых веществ, не более 40-45%, и велико удаление гемицеллюлозных соединений (до 55%), что обусловливает ряд технологических недостатков. Неравномерность дробления комплексных волокон в процессе мокрого прядения проявляется в высоких значениях коэффициентов вариации по линейной плотности и по разрывной нагрузке, в низких значениях прочности пряжи и наличии большого количества дефектов пряжи в виде утолщений и утонений, неравномерное прокрашивание которых ухудшает внешний вид формируемых тканых полотен.
Наиболее близким техническим решением является совмещенный способ подготовки к прядению (котонизации) короткого сурового льняного волокна, прошедшего предварительное механическое разволокнение, и его крашения кубовыми красителями [RU 2190052, опубл. 27.09.2002]. Способ предусматривает проведение следующих стадий:
1) обработка волокна в течение 100-120 мин при температуре 100°С варочно-красильным раствором, включающим, г/л: едкий натр - 5-20; кубовый краситель - 0,3-4,0; восстановитель - 5-15; комплексен - 0,1-2,0; смачиватель - 0,5-1,0; диспергатор НФ - 0,5-1,0.
В качестве восстановителя применяют взятые по отдельности или в различном сочетании друг с другом гидросульфит, ронгалит и азотсодержащий восстановитель, например триэтаноламин или гидразин-гидрат. В качестве комплексона используют трилон Б или производные этилиден-дифосфоновой кислоты;
2) промывка холодной водой;
3) окисление красителя одновременно с кислованием волокна в течение 20-30 мин при 25-40°С в растворе, содержащем, г/л: пероксид водорода (100%) - 0,5-3,0; уксусную кислоту (32%) - 2,0-3,0;
4) промывка водой.
В сравнении с сернистым крашением улучшаются санитарно-гигиенические условия труда и экологичность технологии, повышается качество окраски волокна и технологичность его переработки в процессах прядильного производства.
Вместе с тем этот способ обладает следующими недостатками:
- высокая неравномерность геометрических и прочностных свойств котонизированного волокна. Так, значения коэффициентов вариации по линейной плотности составляют 28,5-29,2%, по разрывной нагрузке - 9,8-10,3%. Отмеченный недостаток обусловлен низкой степенью деструкции пектиновых примесей, не превышающей 55-60%, и присутствием в волокнистом материале нерасщепленных инкрустов - остатков паренхимных тканей, окружавших лубяные пучки в стебле растения. Цементируя группу элементарных волокон на поверхности лубяного пучка, инкрусты препятствуют равномерному дроблению комплексов и достижению необходимого уровня их элементаризации [Kashayp R., et al. // Biotechnology Letters, 2001, V.23. - P.1297-1301];
- низкая прочность котонизированного волокна. Так, удельная разрывная нагрузка снижается до 16,0 сН/Текс. При этом степень полимеризации котонина падает до 5591-5940 против 7610 для сурового волокна, что свидетельствует о деполимеризации основного волокнообразующего полимера целлюлозы в результате окислительной ее деструкции в щелочной среде под действием молекулярного кислорода, поглощение которого из воздуха интенсифицируется в присутствии применяемых в данном способе триэтаноламина и смачивателей сульфосид-31 и феноксол 9/10 БВ;
- низкая накрашиваемость волокна, что обусловлено, во-первых, возрастанием кристалличности элементарных льняных волокон в связи с чрезмерным удалением гемицеллюлоз, достигающим 80-85%, и разрушением лигноуглеводного комплекса связующих веществ между макрофибриллами в клеточной стенке элементарных волокон, а во-вторых, замедляющим влиянием применяемого в составе красильно-варочного раствора диспергатора НФ на кинетику восстановления кубовых красителей и снижением степени их фиксации;
- неравномерность окраски котонина. Так, размах варьирования показателя светлоты для различных участков анализируемой пробы достигает 4,2-7,8%, что обусловлено присутствием в волокне малорасщепленных льняных комплексов с меньшим эффективным объемом для проникновения красителя и не удаленных поверхностных инкрустов, препятствующих крашению, а также возможным протеканием деструкции кубовых красителей в растворах ронгалита;
- недостаточная экологическая чистота процесса в связи с выделениями продуктов с различной степенью окисления атомов серы при использовании серосодержащих восстановителей, а также формальдегида в случае применения ронгалита.
2
2
Кроме того, этот способ не применим для совмещенной подготовки и крашения длинного льняного волокна, поскольку из-за использования в составе варочно-красильного раствора едкого натра с высокой концентрацией - до 20 г/л, и повышенных концентраций пероксида в окислительной ванне - до 3 г/л (в пересчете на 100%-ный НО), происходит интенсивная элементаризация волокна в ровнице, приводящая к недопустимым потерям сырья с пуховыми отходами в процессе мокрого прядения.
Таким образом, неизвестен экологичный совмещенный способ подготовки к прядению и крашения льняного волокна, позволяющий получать полуфабрикаты с высоким уровнем прочности и равномерности геометрических и прочностных показателей, повышенной накрашиваемостью кубовыми красителями и улучшенной ровнотой получаемых окрасок, который применим как для получения цветного окрашенного котонина из короткого льняного волокна, перерабатываемого методом сухого прядения в смеси с натуральными и химическими волокнами, так и для подготовки длинного (технического) волокна с целью формирования пряжи методом мокрого прядения.
Сущность изобретения
Изобретательская задача состояла в поиске экологичного совмещенного способа подготовки к прядению и крашения льняного волокна, применимого для переработки длинного и короткого льноволокна, который позволил бы повысить одновременно и равномерность геометрических и прочностных свойств получаемых полуфабрикатов, и механическую прочность, и накрашиваемость волокна кубовыми красителями, и ровноту получаемых окрасок.
Поставленная задача решена тем, что в совмещенном способе подготовки к прядению и крашения льняного волокна, включающем обработку варочно-красильным раствором, включающим щелочной агент, кубовый краситель, диспергатор и смачиватель, промывку холодной водой, окислительную обработку раствором пероксида водорода, кислование и промывку, перед обработкой варочно-красильным раствором волокно подвергают раскисловке, промывку осуществляют после окислительной обработки двукратно, сначала моющим средством, затем водой, после чего проводят кислование при 45-50°С в течение 15-20 мин, причем в варочно-красильный раствор дополнительно вводят полиферментный препарат в количестве, обеспечивающем следующие значения активности входящих в его состав ферментов, ед./мл раствора:
- эндополигалактуроназа - 20-40;
- пектинэстераза - 2,5-8,0;
- протеаза - 0,2-0,4;
- экзополигалактуроназа - 0,6-1,5;
- экзогалактозидаза - 0,3-0,5;
- экзоксилозидаза - 0,3-0,8;
- экзоглюканаза - 0,4-1,0,
в качестве щелочного агента используют бикарбонат натрия, в качестве смачивателя - синтанол БВ, в качестве диспергатора - сульфонол НП-3, обработку варочно-красильным раствором проводят при температуре 40-50°С в течение 90-95 мин с последующим нагревом до кипения и выдержкой в течение 30-60 мин, окислительную обработку проводят стабилизированным перекисным раствором, включающим пероксид водорода (100%) 0,3-0,4 г/л, мыло хозяйственное - 1-2 г/л и щелочные агенты до общей щелочности 5,5-6,0 г/л (в пересчете на едкий натр) при температуре 20-25°С в течение 15-25 мин с последующим подогревом в течение 20-50 мин до 95-100°С и выдержкой 20-30 мин.
Изобретение позволяет получить следующие преимущества:
- снизить неравномерность геометрических и прочностных свойств льняных полуфабрикатов за счет повышения степени удаления пектиновых веществ до 80-85%. Получаемый цветной котонин характеризуется значениями коэффициентов вариации по линейной плотности 8,8-9,6% против 28,5-29,2% у прототипа, по разрывной нагрузке - 7,8-8,4% против 9,8-10,3% у прототипа. При подготовке и крашении ровницы технического волокна получаемая пряжа имеет коэффициенты вариации по линейной плотности и по разрывной нагрузке соответственно 2,2-2,6% и 10,2%, что соответствует требованиям ГОСТ 10078-85 для сорта «1 высокольняный»;
- повысить прочностные свойства текстильных полуфабрикатов за счет предупреждения деполимеризации целлюлозы. Степень полимеризации целлюлозы цветного котонина или окрашенной льняной ровницы составляет 7299-7416 против 5591-5940 для волокна, полученного по способу-прототипу. Удельная разрывная нагрузка цветного котонина повышается до 25,8-27,2 сН/Текс против 16,0-19,7 сН/Текс по прототипу. Удельная разрывная нагрузка пряжи мокрого прядения из технического (длинного) льноволокна составляет 24,6 сН/Текс, что соответствует требованиям ГОСТ 10078-85 для сорта «1 высокольняный»;
- увеличить накрашиваемость волокна по показателям светлоты окраски на 5,0-9,5% и содержания красителя на 1,2-5,8 г/кг волокна за счет снижения деструкции аморфизирующих волокно гемицеллюлоз до 35-72% против 80-85% по прототипу;
- повысить равномерность окраски текстильных полуфабрикатов: размах варьирования показателя светлоты различных участков волокнистого материала не превышает 2-2,5% против 4,2-7,8% по прототипу;
- повысить экологичность процесса и санитарно-гигиенические условия труда путем замены известных химических материалов, вызывающих антропогенное загрязнение среды, на биорасщепляемый и инактивируемый в процессе обработки волокнистого материала полиферментный препарат, а также за счет повышения степени полезного использования красящего вещества.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Заявленным способом можно обрабатывать короткое льняное волокно ГОСТ 9394-76 после предварительных механических операций подготовки, например очистки на разрыхлительно-очистительных аппаратах и разволокнения на кардочесальных машинах, а также техническое (длинное) волокно ОСТ Р 17-05-012-94 после предварительных механических операций чесания и формирования ровницы.
Для осуществления способа используют следующие реагенты.
- В качестве полиферментного препарата могут быть использованы продукты культивирования микробиологических продуцентов, обеспечивающих одновременный биосинтез комплекса технологически необходимых ферментов:
- эндополигалактуроназа (имеет другое тривиальное название пектиназа, а также установленные действующей Международной классификацией ферментов 1961 г., классификационный номер КФ 3.2.1.15 и научное наименование поли[1,4-α-D-галактуронид]гликаногидролаза);
- пектинэстераза (КФ 3.1.1.11, пектин-пектилгидролаза);
- протеазы двух разновидностей: сериновые протеиназы (подподкласса К.Ф. 3.4.21) и/или металлопротеиназы (подподкласса К.Ф. 3.4.24);
- экзополигалактуроназа (КФ 3.2.1.67 поли[1,4-α-D-галактуронид]галактуроногидролаза) и/или экзополигалактуронозидаза (КФ 3.2.1.82 поли[1,4-α-D-галактозидуронат]дигалактуроногидролаза);
- экзогалактозидаза (КФ 3.2.1.23, β-D-галактозид-галактогидролаза);
- экзоксилозидаза (КФ 3.2.1.37, 1,4-β-D-ксилан-ксилогидролаза и/или КФ 3.2.1.72, 1,3-β-ксилан-ксилогидролаза);
- экзоглюканаза (КФ 3.2.1.74, экзо-1,4-β-глюкозидаза).
Полиферментный препарат может быть получен, например, путем смешения продуктов культивирования непатогенных бактериальных штаммов из музея ГосНИИГенетика, зарегистрированных под номерами Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов (ВКПМ) В. circulans ВКПМ В-1741, В. subtilis ВКПМ В-1093, В. mesentericus ВКПМ В-1559 или В-2466, Erw. carotovora ВКПМ В-1358. Возможно использование композиции продуктов культивирования грибных продуцентов Penicillium lanosum F-387, Asp. awamori 22 и Asp. flavus ВКПМ F-591.
В соответствии с рекомендациями Комиссии по ферментам Международного биохимического союза количественную оценку содержания определенного фермента в препарате или растворе выражают не в общепринятых весовых или объемных единицах, а в единицах активности по результатам той реакции, которую он катализирует, то есть по количеству образовавшегося продукта реакции или уменьшению исходного субстрата. Под единицей активности для любого фермента понимается такое его количество, которое катализирует превращение 1 мкмоль определенного вида вещества в 1 мин при заданных регламентированных условиях тестового эксперимента.
Соотношение отдельных видов ферментов регулируется подбором состава питательных сред, условий культивирования микроорганизмов и биосинтеза ферментов, а также методами их последующего выделения. Полиферментный препарат может быть использован в порошковой форме после выделения и лиофильной сушки, в виде стабилизированных жидких продуктов или свежих фильтратов культуральных жидкостей. Способ может быть реализован при любом соотношении компонентов полиферментного препарата в пределах указанных диапазонов активностей.
- В качестве красителя используют кубовые красители с маркой «Д». Возможно применение других выпускных форм кубовых красителей с предварительным переводом их в высокодиспергированное состояние путем восстановления в маточном растворе с последующим окислением на воздухе.
3
- В качестве щелочного агента варочно-красильного раствора используют бикарбонат натрия NaHCO (ГОСТ 2156-76); широко используется в текстильной промышленности для колорирования целлюлозных материалов активными красителями.
n
2n+1
6
4
3
- В качестве диспергатора в варочно-красильном растворе используют сульфонол НП-3 - анионактивный ПАВ из группы алкилбензосульфонатов с общей формулой CHCHSONa, где n=4…6 (ТУ 84-509-74).
n
2n+1
2
4
m
3
4
9
- В качестве смачивателя в варочно-красильном растворе применяют синтанол БВ - неионогенный ПАВ, бутилацеталь моноалкилполиоксиэтиленгликоля CНO(СНO)СН(СН)-ОСНn=12…14; m=10 (ТУ 6-36-5744684-85-90).
4
2
- В качестве окислителя при окислительной обработке используется пероксид водорода, дозировка которого осуществляется с учетом его концентрации в коммерческих выпускных формах в пересчете на активный кислород. Для стабилизации пероксида предпочтительно использование бессиликатных стабилизаторов, например MgSO или MgCl, поликарбоновой или олеинкарбоновой кислот.
- В качестве щелочного агента при окислительной обработке наряду с мылом хозяйственным (65 или 72%, ГОСТ 30266-95), обеспечивающим эффект «мыловки» (кристаллизации окисленного пигмента), можно использовать традиционно применяемые соединения триполифосфат, бикарбонат, а также соду кальцинированную, концентрация которой определяется с учетом содержания других агентов до установленного значения общей щелочности раствора в пересчете на едкий натр.
- В качестве моющего средства при промывке волокна после окислительной обработки можно использовать триполифосфат и/или поверхностно-активные вещества смачивающего и эмульгирующего действия, например неонол 9/12, ЭМ-3П, ХТ-моющее.
- В качестве агента для кислования и получения эффектов антимикробной обработки можно использовать органические кислоты, преимущественно уксусную или щавелевую.
- В качестве дополнительных компонентов при необходимости варочно-красильный раствор может содержать комплексен, выравниватель и антивспениватель.
- Для приготовления растворов может быть использована дистиллированная, техническая или умягченная вода.
Способ может быть реализован на типовом оборудовании для подготовки и крашения волокна и льняной ровницы по периодической технологии, в частности, в аппаратах автоклавного типа ОБ-500-Л, АКД-У-6 или на лабораторном оборудовании марки АЛ 210/1.
Способ реализуют последовательным проведением следующих операций:
- Раскисловка. Назначение операции заключается в удалении кислых продуктов деструкции растительных тканей льняного стебля в условиях получения льнотресты и в предупреждении потери активности ферментов при пропитке сурового волокна без введения в варочно-красильный раствор специальных буферирующих добавок. В зависимости от степени закислованности сырья и уровня кислотно-основных свойств водных вытяжек раскисловка может осуществляться промывкой технической или умягченной водой, либо пропиткой раствором соды необходимой концентрации. Обработку осуществляют при температуре 20-50°С, преимущественно при 40-45°С в течение 10-15 мин.
- Обработка варочно-красильным раствором, содержащим:
- полиферментный препарат в количестве, обеспечивающем значения активности входящих в его состав ферментов, ед./мл раствора:
- эндополигалактуроназа
20-40;
- пектинэстераза
2,5-8,0;
- протеаза
0,2-0,4;
- экзополигалактуроназа
0,6-1,5;
- экзогалактозидаза
0,3-0,5;
- экзоксилозидаза
0,3-0,8;
- экзоглюканаза
0,4-1,0;
- кубововый краситель 0,5-2,0 г/л (в зависимости от заданного тона);
- бикарбонат натрия 25-30 г/л;
- синтанолаБВ 0,5-1 г/л;
- сульфонола НП-3 3-3,5 г/л,
а также при необходимости дополнительные компоненты, например комплексен, выравниватель и антивспениватель, обработку проводят со сменой циркуляции жидкости при модуле ванны предпочтительно 1:10, температуре 40-50°С в течение 90-95 мин с последующим нагревом до кипения и выдерживают «накипу» в течение 30-60 мин
- Промывка холодной водой в течение 10 мин
- Окислительная обработка раствором, включающим пероксид водорода (100%) 0,3-0,4 г/л; стабилизатор пероксида, например сульфат или хлорид магния, поликарбоновую или олеинкарбоновую кислоты; мыло хозяйственное - 1-2 г/л и щелочные агенты, например триполифосфат натрия, бикарбонат, соду кальцинированную до общей щелочности 5,5-6,0 г/л (в пересчете на едкий натр), при температуре 20-25°С в течение 15-25 мин с последующим подогревом в течение 20-50 мин до 95-100°С и выдержкой 20-30 мин. Общая продолжительность процесса 55-105 мин.
- Двукратная промывка. В первой ванне обработку льноволокна осуществляют при температуре 70°С в течение 10 мин раствором моющего средства - триполифосфат или, преимущественно, неионогенными ПАВ эмульгирующего действия, например неонол 9/12, ЭМ-3П, ХТ-моющее в рекомендуемых производителями количествах. Далее волокнистый материал промывают горячей водой при 70°С в течение 10 мин.
- Кислование органической кислотой, например уксусной 0,75-1 г/л, при 45-50°С в течение 15-20 мин.
Оценку эффективности предлагаемого совмещенного способа подготовки и крашения льняного волокна и способа-прототипа проводили одинаково по показателям химических и физико-механических свойств и качества окрасок той формы полуфабриката, которую получают в высушенном виде, т.е. окрашенного котонина при переработке короткого льняного волокна и пряжи, сформированной методом мокрого прядения из подготовленного и окрашенного технического (длинного) льноволокна. Оценка свойств пряжи, полученной с вложением подготовленного и окрашенного котонизированного льноволокна, не проводилась, поскольку полуфабрикат производится только в смеске с хлопком, шерстью и/или химическими волокнами, что не позволяет дифференцировать вклад льняной компоненты. Характеристики пряжи из технического (длинного) льноволокна оцениваются в соответствии с критериями определения ее сортности по ГОСТ 10078-85.
Сопоставление проведено по следующим показателям:
1 - степень удаления пектиновых веществ (ΔП, %) [Кричевский Г.Е., Никитков В.А. Теория и практика подготовки текстильных материалов из целлюлозных волокон. - М.: 1989. - 207 с.];
2 - степень удаления гемицеллюлозных соединений (ΔГЦ, %) [Кричевский Г.Е., Никитков В.А. Теория и практика подготовки текстильных материалов из целлюлозных волокон. - М.: 1989. - 207 с.];
3 - степень полимеризации целлюлозы льняного волокна (СП) - определяли по данным рентгеноструктурного анализа с использованием дифрактометра ДРОН-3;
4 - линейная плотность котонина / пряжи длинного льняного волокна (Т, Текс) [ОСТ Р 17-05-013-У4, ГОСТ 6611.1-73];
T
5 - коэффициент вариации по линейной плотности (С, %) [ГОСТ 11.004-74];
у
6 - удельная разрывная нагрузка котонина / пряжи длинного льняного волокна (Р, сН/Tекс) [ОСТ Р 17-05-013-У4, ГОСТ 6611.1-73];
р
7 - коэффициент вариации по разрывной нагрузке (С, %) [ГОСТ 11.004-74];
8 - светлота окраски (L, %) - увеличению интенсивности окраски соответствует снижение показателя светлоты. Для оценки использован цветоизмерительный комплекс «Колорист» с программным обеспечением «Колорист», версия 3.3.1997;
max
min
9 - размах варьирования показателя светлоты окраски (R=L-L, %) [Лабораторный практикум по материаловедению швейного производства: Учеб. пособие для вузов / Б.А.Бузов и др. - М.: Легпромбытиздат, 1991. - С.42];
КР
10 - содержание красителя в волокне (С, г/кг волокна) - определяли методом колориметрирования сернокислых золей [Лабораторный практикум по химической технологии волокнистых материалов. - М.: Гизлегпром, 1963. - С.318];
11 - сортность пряжи [ГОСТ 10078-85].
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1
Подготовке и крашению подвергалось короткое льняное волокно №2 после предварительных механических операций очистки и разволокнения до линейной плотности 1,5 Текс. Обработку льноволокна проводили на аппарате автоклавного типа ОБ-500-Л по следующему технологическому режиму:
1 - раскисловка умягченной водой при 45°С в течение 10 мин;
2 - обработка варочно-красильным раствором, содержащим:
- полиферментный препарат, полученный при смешении продуктов культивирования бактериальных штаммов В. circulans ВКПМ В-6747, Erw. carotovora ВКПМ В-2970, В. mesentericus ВКПМ В-1559 и В. subtilis B-1093, с показателями активности ферментов, ед./мл:
- эндополигалактуроназа (пектиназа)
40;
- пектинэстераза
6,0;
- протеаза
0,3;
- экзополигалактуроназа
1,5;
- экзогалактозидаза
0,4;
- экзоксилозидаза
0,8;
- экзоглюканаза
1,0;
- краситель кубового ярко-фиолетового КД 2,0 г/л,
- бикарбонат натрия 30 г/л,
- синтанол БВ 0,5 г/л,
- сульфонол НП-3 3 г/л,
с добавлением комплексона трилон Б 1 г/л и выравнивателя синтамид 10 1 г/л; обработку проводят со сменой циркуляции жидкости, модуль ванны 1:10, при температуре раствора 50°С в течение 95 мин с нагревом до кипения и выдержкой «на кипу» в течение 60 мин;
3 - промывка холодной водой в течение 10 мин;
4 - окислительная обработка проводится раствором, содержащим пероксид водорода 0,4 г/л (в пересчете на активный кислород), стабилизатор пероксида, например магний сернокислый или хлористый 0,6 г/л, мыло хозяйственное 2 г/л, триполифосфат натрия 0,5 г/л и соду кальцинированную до общей щелочности 6,0 г/л (в пересчете на едкий натр) при температуре 25°С в течение 20 мин с последующим нагревом до 95°С в течение 40 мин и выдержкой в течение 20 мин;
5 - промывка раствором моющего средства ХТ-моющее с концентрацией 1 г/л при 70°С в течение 10 мин и далее горячей водой при 70°С в течение 10 мин;
6 - кислование уксусной кислотой 0,75 г/л при 50°С в течение 15 мин.
После рыхления, сушки и чесания окрашенное льноволокно используют для переработки его в смеси с натуральными и химическими волокнами методом сухого прядения.
Для сравнения обработку короткого волокна проводили по способу-прототипу [RU 2190052, опубл. 27.09.2002] с соблюдением последовательности стадий и условий их проведения.
Результаты испытаний окрашенного котонина представлены в таблице.
Пример 2
Подготовке и крашению подвергалось короткое льняное волокно №2, предварительно подвергнутое механической очистке и разволокнению до линейной плотности 0,8 Текс. Обработку льноволокна проводили на лабораторном оборудовании марки АЛ 210/1 по следующему технологическому режиму:
1 - раскисловка раствором соды кальцинированной 0,2 г/л при 40°С 15 мин;
2 - обработка варочно-красильным раствором, содержащим:
- полиферментный препарат, полученный при смешении продуктов культивирования бактериальных штаммов В. circulans ВКПМ В-1741, Erw. carotovora ВКПМ В-1358, В. mesentericus ВКПМ В-2466 и В. subtilis В-1093, с показателями активности ферментов, ед./мл:
- эндополигалактуроназа (пектиназа)
30;
- пектинэстераза
8,0;
- протеаза
0,4;
- экзополигалактуроназа
0,6;
- экзогалактозидаза
0,3;
- экзоксилозидаза
0,3;
- экзоглюканаза
0,4;
- краситель кубовый коричневый СКД 0,5 г/л,
- бикарбонат натрия 25 г/л,
- синтанол БВ 0,5 г/л,
- сульфонол НП-3 3 г/л,
обработку проводят со сменой циркуляции жидкости, модуль ванны 1:10, температура раствора 40°С в течение 95 мин, затем раствор нагревают до кипения и выдерживают «на кипу» в течение 30 мин;
3 - промывка холодной водой в течение 10 мин;
4 - окислительная обработка проводится раствором, содержащим пероксид водорода 0,4 г/л (в пересчете на активный кислород), стабилизатор пероксида 0,6 г/л, например магний сернокислый или хлористый, мыло хозяйственное 2 г/л, триполифосфат натрия 0,5 г/л и соду кальцинированную до общей щелочности 6,0 г/л (в пересчете на едкий натр) при температуре 25°С в течение 15 мин с последующим нагревом до 100°С в течение 50 мин и выдержкой в течение 20 мин;
5 - промывка раствором моющего средства ЭМ-ЗП с концентрацией 1 г/л при 70°С в течение 10 мин и далее горячей водой при 70°С в течение 10 мин;
6 - кислование уксусной кислотой 0,75 г/л при 50°С в течение 15 мин.
После рыхления, сушки и чесания окрашенное льноволокно используют для переработки его в смеси с натуральными и химическими волокнами методом сухого прядения.
Для сравнения обработку короткого волокна проводили по способу-прототипу [RU 2190052, опубл. 27.09.2002] с соблюдением последовательности стадий и условий их проведения.
Результаты испытаний окрашенного котонина представлены в таблице.
Пример 3
Подготовке подвергалась льняная ровница средней мягкости №16 стланцевого вологодского льняного волокна для выработки пряжи с номинальной линейной плотностью 56 Текс. Обработку ровницы проводили на аппарате автоклавного типа АКД-У-6 по следующему технологическому режиму:
1 - раскисловка технической водой при 40°С в течение 10 мин;
2 - обработка варочно-красильным раствором, включающим:
- полиферментный препарат, представляющий собой композицию продуктов культивирования грибных продуцентов Penicillium lanosum F-387, Asp. awamori 22 и Asp. flavus ВКПМ F-591, с показателями активности ферментов, ед./мл:
- эндополигалактуроназа (пектиназа)
20;
- пектинэстераза
2,5;
- протеаза
0,2;
- экзополигалактуроназа
1,1;
- экзогалактозидаза
0,5;
- экзоксилозидаза
0,5;
- экзоглюканаза
0,7;
- краситель кубовый темно-синий Д 1,2 г/л,
- бикарбонат натрия 25 г/л,
- синтанол БВ 0,5 г/л,
- сульфонол НП-3 3,5 г/л,
с добавлением 1 г/л выравнивателя синтамид 10; обработку проводят со сменой циркуляции жидкости, модуль ванны 1:10, температура раствора 45°С, продолжительность обработки 90 мин с последующим нагревом до кипения и выдержкой «на кипу» в течение 45 мин;
3 - промывка холодной водой в течение 10 мин;
4 - окислительная обработка проводится раствором, содержащим пероксид водорода 0,3 г/л (в пересчете на активный кислород), стабилизатор пероксида трилон Б 1 г/л, мыло хозяйственное 1 г/л, триполифосфат натрия 0,5 г/л и соду кальцинированную до общей щелочности 5,5 г/л (в пересчете на едкий натр) при температуре 20°С в течение 25 мин с последующим нагревом до 100°С в течение 20 мин и выдержкой в течение 30 мин;
5 - промывка раствором моющего средства неонол 9/12 с концентрацией 0,5 г/л при 70°С в течение 10 мин и далее водой при 70°С в течение 10 мин;
6 - кислование уксусной кислотой 1 г/л при 45°С в течение 20 мин.
После подготовки и крашения ровницы прядение осуществлялось мокрым способом на прядильной машине ПМ-88-Л8.
Получена пряжа, соответствующая по совокупности нормируемых показателей качества требованиям сорта «1 высокольняный».
Результаты испытаний ровницы и пряжи представлены в таблице.
Данные таблицы показывают, что заявленный способ применим для совмещенной подготовки к прядению и крашения кубовыми красителями различных видов лубоволокнистого сырья - котонизируемого короткого волокна и ровницы технического (длинного) льноволокна. Способ обеспечивает одновременное достижение ряда технических результатов, отражающих комплексное улучшение основных качественных показателей подготовки волокна к прядению и колористических характеристик получаемых окрасок:
1 - при получении цветного котонина благодаря увеличению в 1,44-1,53 раза степени удаления пектиновых веществ, существенно снижена неравномерность геометрических и прочностных свойств волокна:
- коэффициент вариации по линейной плотности уменьшен в 3,0-3,3 раза;
- коэффициент вариации по разрывной нагрузке - в 1,23 раза.
При подготовке и крашении ровницы технического волокна получаемая пряжа удовлетворяет критериям равномерности по ГОСТ 10078-85 для сорта «1 высокольняный».
2 - повышены прочностные свойства текстильных полуфабрикатов и уменьшена деструкция целлюлозы:
- степень полимеризации целлюлозы льняного волокна превышает в 1,23-1,32 раза значения показателя для волокна, подготовленного по способу-прототипу, и составляет 96-97% от уровня сурового волокна;
- удельная разрывная нагрузка цветного котонина увеличена в 1,4-1,6 раза;
- прочность пряжи мокрого прядения из технического (длинного) льноволокна соответствует требованиям сорта «1 высокольняный».
3 - увеличена накрашиваемость волокна, что является следствием уменьшения деструкции аморфизирующих волокно гемицеллюлоз в 1,2 раза:
- содержание красителя на волокне в сравнении с прототипом возросло в 1,4-1,5 раза;
- показатель светлоты окраски снижен в 1,23-1,27 раза.
4 - улучшена равномерность окраски текстильных полуфабрикатов - размах варьирования показателя светлоты различных участков волокнистого материала сокращается в 2,1-3,1 раза.
Вместе с тем способ обладает повышенной экологичностью благодаря повышению степени полезного использования красящего вещества, а также замене химических материалов, являющихся антропогенными загрязнителями среды, на биорасщепляемый и инактивируемый в процессе обработки волокнистого материала полиферментный препарат.