автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.03, диссертация на тему:Разработка магнитохимической технологии крашения хлопчатобумажных тканей кубовыми красителями

ИВАНОВСКИЙ ХИМИКО-ТЕХИОЛОГИЧЕСКНП ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ИВАНОВ Владимир Вячеславович

РАЗРАБОТКА МАГНИТНОХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ КРАШЕНИЯ ХЛОПЧАТОБУМАЖНЫХ ТКАНЕЙ КУБОВЫМИ КРАСИТЕЛЯМИ

Специальность 05.19.03 — Технология текстильных материалов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иваново 1932

Работа выполнена в лаборатории теоретических основ технологии отделки текстильных материалов Института химии неводных растворов Российской Академии наук.

Научные руководители:

доктор технических наук, профессор Б. Н. Мельников, кандидат технических наук, старший научный сотрудник С. А. Кокшаров.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Н. Е. Булушева, доктор химических наук, профессор М. В. Клюев. Ведущая организация —

Ивановский научно-исследовательский институт хлопчатобумажной промышленности (ИвНИТИ).

Защита состоится « » . ¡^. . . 1992 г.

в .^Р. часов на заседании специализированного совета К. 063.11.02 в Ивановском химико-технологическом институте по адресу: 153460, Россия, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИХТИ.

Автореферат разослан « .^Р. » . . . 1992. г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, —"

профессор Б. БЛ И НИМ ЕВА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш.

Одной из главных проблем современной промышленности является уменьшение материала- и ресурсоемкости продукции, всемерное сокращение непроизводительных по.ерь сырья и материалов. В основном это обусловлено экономическими (высокая стоимость и дефицитность компонентов и полупродуктов, конкуренция с импортными изделиями) и экологическими (рост химического загрязнения окружаются среды)

причинами.

Красильно-отделочное производство расходует широкий ассортимент хим.материалов в очень больших объёмах. Нередко специфика аппаратурного и технологического оформления процесса требует избыточного (по сравнению со стехиометрическими кормами) колг-чествэ реагента, что в особенности характерно для крашения тканей кубовыми красителями, когда восстановитель гидросульфит (Мл?3204 - йитиоеит натрия, далее - ДТН) берут в 2...4-кратном избытке для компенсации его окисления кислородом воздуха. Значительный расход зтогс реагента ещё более усугубляется токсичность» продуктов его разложения, среди которых присутствуют диоксид серы, сероводород, серосодержзшдо кислоты и проч.. С учётом вышесказанного, актуальность сокращения расхода ДТН не вызывает сомнений как с экономической, так и с экологической точек зрения. Не менее важно добиваться экономии кубовых красителей, которые во-первых, являются одними из самых дорогих красящих веществ, а во-вторых, - с трудом удаляется из стоков при их очистке и при попадании в питьовую воду способны оказывать-на организм человека канцерогенное и общее токсикологическое; воздействия.

Задача совершенствования технологии кубового крашения в нпггравлекш уменьшения материалоёмкости накладывает кйсткие

ограничения .на вероятные пути ее решения:'целесообразно получить снижение расхода основных хим.материалов (красителей и ДТН) без введения дополнительных реагентов или хотя бы - с их минимальным использованием. Данная постановка проблемы ориентирует на поиск-подходящих безреагентных способов интенсификации технологических процессов. К тагам способам относится магнитная обработка (омаг-ничивание). то есть воздействие на объект постоянным магнитным полем с относительно невысокой энергией. Омагничиванию характерен ряд достоинств, выделяющих его среди других физических методов интенсификации, в том числе:

- селективность воздействия на объекты (вещества и процессы) в сочетании с разнообразием достигаемых эффектов;

- невысокая стоимость и простота реализации;

- безопасность для обслуживающего персонала и экологическая чис-. тота.

Совокупность положительных свойств обеспечила широкое- распростра-. нение омэгничивания в теплоэнергетике, строительной индустрии и проч. Однако, в отделочной отрасли данный метод до сих пор остаётся новым, нетрадиционным, что в основном обусловлено слабой . научной проработкой магнитного влияния применительно к материалам и процессам текстильной химии, вследствие чего объекта магнитного, воздействия или'момента его применения оказываются далеко не оптимальными. Наряду с этим, отдельные единичные успешные примеры использования магнитной обработки в крашении тканей демонстрируют ее впечатляющую технологическую и экономическую эффективность.

Таким образом, предпринятое в настоящей работе исследование магн;:гаого влияния на ДТН и кубовые красители, направленное на . изыскание возможностей экономии хим.материалов при кубовом крашении, подставляется весьма своевременным и способным дать ощути-

мую отдачу как в теоретическом, так и п практическом планах. Работа выполнена в соответствии с Распоряжением Президиума АН СССР "Об участи/ Академии наук СССР в мероприятиях по техническому перевооружению легкой промышленности" № 101(13-1012 от 19.07.1083 (раздел III, пункт 1-г), Постановлением Президиума АН СССР к 455 от 16.05.1939, Единым планом МНТК "Текстиль" на 1991...1995гг. (тема П7.01.Н) и планами научно-исследовательских работ КХНР РАН (АН СССР) на 1988...1932гг.

Цель роботы состояла в комплексном изучении зэкономэрностоя влияния магнитного поля на окислительно-восстановительные процессы крашения кубовыми красителями, осложненные газовой хемосорб-цией и наличием твердофазного реагента, и разработке на данной основе материалосберегащей технологии колорирования тканей.

В соответствии с этим, задачи исследования заключались в изучении причин непроизводительных потерь красителей и ДТН при кубовом крашении, установлении возможности их частичного или полного устранения за счет магнитного воздействия на красильную систему на различных стадиях технологического цикла и выявлении оптимальных параметров омагничивания, обеспечивающих достижение максимальных технологических и экономических эффектов.

Для решения поставленных задач' последовательно выполнены следующие этапы исследования:

1. Разработан ряд новых лабораторных методик, в том число:

- два метода быстрого определения малых количеств ДТН в водно-щелочных растворах!

- метод .определения содержания примесей железа на текстильных материалах.

2. Изучена кинетика окисления ДТН молекулярным кислородом.

3. Определены закономерности раздельного и совместного влиять

магнитного шля, поверхностно-активных 'реагентов и гидромеханических воздействий на "нтенсивпость окисления ДТН.

4. Исследовано влияние магнитной обработки на состояние кубовых красителей и окислительно-восстановительные процессы с их '

, участием.

5. Разработана магнитнохимическая интенсифицированная технология кубового крашения хлопчатобумажных тканей, обеспечивающая снижение рзсхсда хим. нате риалов и повышенно качества окрасок.

6. Проведены иромыиленные испытания разработакой технологии .и . осуществлено ее внедрение в производство.

Характериотиса объектов и методов гоолодования. В работе использованы хлопчатобумажные ткани, восстановитель ДТН, очищенные и технические (в различных выпускных формах) кубовые красители; в модельных восстановительных системах применены ' . кизииэ алифатические спирты, поверхностно-активные вещества (анионактивные и иоионогенные), соли и кристаллогидраты щелочно-. земельных и а-металлов.

Эксперименты проводили с использованием современных способов физико-химического анализа: потенциометрического тшрования, . спектрофотометрического (УФ и видимая область), турбидиметричес-кого, вискозиметрического и кинетического методов. На различных . этапах работы широко применяли современную вычислительную технику (персональные компьютеры 1вм 1-с/ат г^б), в том числе - для наполнения нелинейной регрессии, матричного анализа сдактрофото-метрических данных, математического планирования оксперимента и статистической обработки результатов, редактирования текста диссертационного исследования и оформления графического материала.

Научная новизна.

На примере кубового крэиения впервые осуществлено комплекс-гное изучение механизма магнитного влияния на окислительно-восстановительные процессы, протекающие в гетерофазных системах и осложненные газовой хемосорбцией, и дано теоретическое обоснование путей создания магнотнохимическях композиций с управляемыми свойствами.

впервые дифференцированы мзссолеренос и собственно химическое Бзаимодеяствие при кислородном окисления ДТН в водно-щелочных средах, найдены кинетические характеристики и дано математическое описание этого процесса, выявлена его лимитирующая стадия.

В ходе систематических исследования количественно оценено раздельное и совместное влияние магнитного поля, поверхностно-активных реагентов и гидромеханических воздействий на интенсивность окисления ДТН) на этой основе предложены механизмы замедляющего и ускоряющего влияния названных факторов и обоснованы критерии выбора ингибиторов и активаторов окисления. Разработан оригинальный метод стабилизации ДТН с помощью вецзств, обратимо изменяющих абсорбционные свойства жидкостей вследствие омагничивания.

Показано, что магнитное поле проявляет широкий спектр воздействий (агрегирующее, седиментационное и проч.) на состояние кубовых красителей и примесных металлосодержаших соединений. в различных формах! на примере хинон-гидрохиноновых переходов красителей впервые обнаружен эффект магнитного катализа, проявляющийся при магнитной обработке систем, в которых протекают обратимые процессы.

Практическая значимость» Разработана магнитнохимическая стабилизированная восстановительная композиция с управляемой реакционной активностью на основе

ДТН. Разрабатана интенсифицированная технологий! кубового крашения тканей, включающая применение стабил-лзкроззняой композита! и/или омагничивания ткани и технологических составов на различных стадиях обработки.

Использование названных разработок позволяет уменьшить расхода хим.материалов: ДТН - на 25% или кубовых красителей - на 15...17% без ухудшения качества крашения, при этом степень полезного использования красителей возрастает на 10...13%.

Новый.способ крашения признан изобретением (авторское свидетельство СССР № 1659554).

Магшгтнохимическая технология успешно испытана и внедрена на Кохомском производственном хлопчатобумажном объединении. Объем окрашенных тканеа - 1,606 млн;метров, за счет экономии красителей получен реальный экономический эффект в размере 45,23 тыс.рублей • (в ценах 1990г.).

Автор защищает:

- разработанные лабораторные методики определения концентрации ДТН в щелочных растворах и содержания ивдеза на тканях:

- предложенное описание окисления ДТН как 2-стадаиного процесса, лимитируемого массопереносом кислорода;

- установленные закономерности влияния магнитного поля, • поверхностно-активных реагентов и гидромеханических воздействий на физикохимияескке процессы с участием кубовых красителей и ДТН;

- метод стабилизации восстановительной способности растворов ДТН путец обратимого изменения их абсорбционных свойств;

- цетод активации хинон-гидрохиноновых переходов кубовых красителей за счет магнитного воздействия;

- разработанные магнитнохимическую стабилизированную восстановительную композицию и .интенсифицированную материалосберегающую

б

технологию кубового крашония тклпой.

Публикации и апробация 'роботы. Основные положения диссертации изложены в 6 опубликованных .статьях (из них 2 - в журналах Академии наук) и I авторском сзидо-тельство на изобретете» материалы работы доложены, обсуждались и получили положительную оценку на 10 конференциях и совещаниях (из них г - Международные, 5 - Всесоюзные).

Структура и объем диссертационной работы. Настоящая работа содержит введение, литературный обзор, описание цели и задач исследования, экспериментальную часть с обсуждением результатов, выводы, список используемых литературных источников (172 наименования) и приложения. Основная часть изложена на 157 страницах машинописного текста, включает 17 таблиц, 40 формул и 28 рисунков.

Во введении обоснованы актуальность работы, её научная новизна и прастическая значимость.

В литературном обзоре рассмотрено современное состояние знаний о физикохимии кубовых красителей и восстановителя ДТН, обобщены сведения о перспективных путях совершенствования технологии кубового крашения тканей; критически проанализированы имеющиеся гипотезы о механизме магнитного воздействия на гетерофазные системы, оценены достигнутые успехи и тенденции применения магнитной обработки для интенсификации процессов крашения.

. Экспериментальная часть и обсуждение результатов включает методический раздал, содержащий описание обметов и методов исследования (в том число - 3 оригинальные разработанные методики), и собственно экспериментальный раздел, содержащий 3 под-, раздала, которые состоят из 10 отдельных глав.

I, Повышенна устойчивости ДТН к кислородному окислению на основе изучения состояния его растворов 1.1. Кинетика окисления ДТН молекулярным кислородом

Еода и большинство водных растворов содержат ('при Т=2Э0... ...300 К, р«Ю5 Па) (1,7...5)'1СГ4 моль/л растворенного 02, который интенсивно окисляет ДТН. Анализ кинетических зависимостей показал, что реакция окисления имеет 1-ый порядок по обоим реагентам . энергия активации Еа=9о,413,4 кДж/моль, в интервале температур т=278...283 К константа скорости (к) может быть найдена из уравнения: • 1п к = ы,з - изез/т (л/(моль-с^ (I)

За счет высокой скорости взаимодействия, весь растворенный 02 расходуется за тсЦ с после введения ДТН и дальнейшее окисление восстановителя осуществляется кислородом, поступающим в раствор из атмосферы. Доказано, что процесс хемосорбции адекватно описывается модифицированной пленочной моделью • массообмена, согласно которой ДТН окисляется абсорбируемым кислородом только в приповерхностном слое жидкости толщиной около 0,25 мм, при этом меж-факцый кассоперенос 02 является лимитирующей стадией, поскольку протекает в 10э раз медленнее, чем собственно химическое взаимодействие.

1.2. Влияние омагничивапия. на кислородное окисление ДТН

Установлено, что магнитная обработка перенасыщенных кислородом ьэдкостеа (например, водопроводной воды) удаляет избыточный Оо, тем самым переводя метастабильную систему в устойчивое состояние. Как показано на рис.1, за счет уменьшении кислородосодержа-' ния омагничоннои воды сокращаются потери ДТН ка реакцию с растворенным о2 и начальная концентрация Мд23204 в растворе, приготовленном на очагниченкой воде (кр.2), оказывается выше, чем при

концентрация ДТН С„.,н-104, моль/л

и H

гг.

H

о fcl о о о

о, р

о

¡У

и Ё

а ы • tí

скорость окисления ДТН V.-106, моль/Сс-гл2;.

юн i i

О д-'.

W 4J Ы O í> м

• счм о

tO »-3 ^u

О О >3

14

»-J «

ÍJ Cv

OH • i ß

о о ti t¿¡ tf* o

ii- "

a

и la

'.Ъ

я £ й

растворении Д1Н в .квомапшченшм водо (кр.1). Наклон указанных кинетически;: кривых одинаков, то есть магнитная обработка вода не способна изменить скорость опюлония ДТН.

Напротив, магыгпюо ьсодойстбио па готовый раствор ДТН за-йедлшт окислоиио. С помелчю математического планирования и регрессионного ы.ализа шадзиа корреляционная зависимость влияния условия омагничиванин (напряженности ноля Н и продолжительности Воздействия т) на скорость окисления W^:

- w - -i.r'io"0 - s.7'io"riH - 2,i-io~Jr +

+ 1.^'Ю

10Н2 (моль/(СМ2)]

рН—12,5

(2)

которая указывает на акстремальнуп зависимость ингибируюцого аффекта от напряженности (оптимум н^ =116.. .120 кА/к) и его линейное ушлэтоние пропорционально т..На рис.1 продемонстрировано, что в омагниченнсм растворю ьось ДТН окислился 'за 8,5 часов, а в раствиро, приготовлонпом на омагничоньой воде .- лишь 7,5 часов. В более концентрированных составах ото преимущество омлгничивания растворов становится ещо существеннее вследствие относительного уменьшения значимости магнитной дегазации по сравнение) с магнитным ингибированием окисления, поскольку эффективность последнего пропорциональна концентрации Na2S,04. Махнитная обработка производственных восстановительных растворов доя кубового красония сокращает количество окислившегося ДТН (за 6 часов)" от А0% до что превосходэт известный способ стабилизации

с^льфокиилачных восстановите лег сульфидом патрия (30%).

1.3. Взаимосвязь состояния растворов и протекания окисления ДТН

лсслодоваоиз ряда, модальных неподвижных и перемешиваемых ьосстаасн^ольных растворов, содержали низшие ал;:ааалы или поверхностно- гкгшшее ьеарства (НАГО, ползало, что интенсивность

ТО

окисления ДШ поглощаемым кислородом зависит от состояния поверхностного реакционного слоя тадкости следующим образом:

- во-первых, скорость окислительного гфоцесса пропорциональна растворимости 02 в поверхностном слое;

- во-вторых, гидрофильные поверхностно-активные реагенты являются ингибиторами, а гидрофобные ПАВ - активаторами окисления.

В большинстве случаев наблюдается авдитквный характер влияния указанных факторов на скорость окисления ДТН.

Ингибирующее воздействие магнитного поля предположительно обусловлено уменьшением растворимости о2 вследствие магнитношш-циированного "выталкивания" некоторых диамагнитных компонентов восстановительного состава (щелочь, нейтральный электролит) в приповерхностный слой жидкости.

Практически важным является доказанная в настоящей работе устойчивость эффектов омагничивания к гидродинамическим воздействиям (что ранее априорно исключалось) при условии ламинарноста потока жидкости; быстрая релаксация состояния омагниченного раствора происходит только при его турбулиззции.

2. Исследование влияния магнитного поля на кубовые красители 2.1. Изменение состояния-гидрозолей кубовых красителей под действием магнитной обработки

Обнаружено протекание самопроизвольного укрупнения частиц красителей в гидрозолях (примерно на 10$ за 24 часа), которое в магнитном поле ускоряется в 100...1000 раз (5...40Ж за 0,1 часа). Одновременно убыстряется осаждение частиц (на 20...7035)» сопоставление величин этих эффектов с помощью уравнения Стокса и с учётом экспериментально зафиксированного постоянства вязкости гидрозолей свидетельствует, что при омагничивания частицы краси-

ТТ

толп ¡¡с толысо укрупняется, но и изменяют свои морфологические свойства (форму и/или плотность). Выявленные закономерности хорошо согласуются с представлениями о преимущественно дегидратиру-щем влиянии маппггного поля на взвешенные твердофазные объекты в " жидкости. ' '

2.2. Магнитная-активация хинон-гидрохиноновых переходов кубоБых красителей

Экспериментальные кинетические зависимости хинан-гидрохино- . новых переходов кубовых красителей обработаны с помощью нелинейного регрессионного анализа, результатами которого являются константы скорости к. и взвешенные суммы квадратов отклонений v, характеризующие качество приближения принятого предполагаемого мэ-. ханизма процесса к действительному ходу реакции (см. табл.1). ' Значения у в случае схемы взаимодействия "хинон гидрохинон"

близки к 0, то есть даже при многократном избытке Ма25204 в . красильных системах, контактирующих с атмосферным 02, одновременно протекают и восстановление, и окисление .кубовых красителей.

Данные табл.1 демонстрируют эффект магнитного катализа: поле .ускоряет протекание как восстановления, так и окисления красителей; вместе с тем, омагничивание одновременно ингибирует погло-. щенио атмосферного кислорода в жидкость (что замедляет окисли-, тельный процесс), поэтому равновесие системы сдвигается на 2... ...15% в сторону восстановленного красителя. По мере роста напряженности поля эффективность активации восстановления возрастает .

С использованием метода потенциометричоского титрования для . антрахиноновых красителей обнаружено преимущественное влияние ¡.'.агпитного поля.на переходы "полухинон гидрохинон", которые

Таблица I.

Влияние омагничивания на кинетику хинон-гидрохкнсновых переходов кубовых красителей.

кубовыя краситель Н. КА/М к хинон - 1 гидрохинон к! хинон г к-. гидрохинон

ку 10 2 v К' • 1С,' 10Г: v

0 1.1Г 0,0323 0,070 1,24 0,0002 0.056«

ярко-зеленый И . ео 120 1,43 0,0250 0,079 0,096 1,25 1,52 0,0007 0,0005 0,0032 0,0632

180 - • 0Д01 1,55 0,0010 0.0С52

0 1,42 0,2860 | 0,369 1,26 0,0041 0,2929

ярко-«лоныа С 60 120 1,58 - 1 ( 0,1231 ; 0,387 0,426 1,29 1,39 0,0056 0,0048 0,3002 0,3064

180 - 1 0,439 1,42 0,0059 0,3092

'окоряются примерно в 1,4 раза (Н-90 кА/м), тогда как протекание юреходов "хинон по.тухинон" остается неизменным.

2'.3. Влияние омагничивания на взаимодействие кубовых красителей с металлосодеркащими примесями

На примере соединений железа показано, что в красильной сис-еме источниками примесей являются в равной степени хим.материалы ткань, содержащая 300.. .380 мг/кг Ге (III) и способная избира-эльно сорбировать его из технологических растворов. Вследствие того, химического умягчения воды недостаточно для устранения мо-эллосодержащих загрязнений'. При восстановлении кубовых красите-зй на волокне (суспензионный способ) в результате, конкурирую^-

го влияния примесей интенсивность и чистота получаемых окрасок снижаются на 3...123. По степени негативного воздействия на качество крашения металлы примесей располагаются й следующем порядке: Мо = гч < Со < Ге < Си < Са.

Магнитная обработка восстановительного раствора сокращает указанные потери качества окрасок в 1,1...2,5 раза за счёт изменения состояния примесных частиц: в ходе омагничивания образуются малэрсакционноспособные укрупненные сольваторазделённые агрегаты. В большинстве случаев отсутствуют визуальные различия мевд образцами, окрашенными с использованием дистиллированной и омагниченной жесткой вода, что может позволить взамен химического умягчения технологической воды применять экологически безопасную магнитную обработку восстановительных растворов.

3. Совершенствование процессов крашения хлопчатобумажных тканей кубовыми красителями 3.1. Разработка магнигнохимической стабилизированной восстановительной композиции на основе ДТН для кубового крашения тканей

При суспензионном крашении в производственных условиях одной единовременно приготовленной порции восстановительного раствора хватает на несколько часов работы оборудования и всё это время ДТН окисляется кислородом воздуха. Результаты крашения (табл.2) свидетельствуют, что снижение восстановительной активности состава после его 6-часового выстаивания в расходной ёмкости обуславливает существенное ухудшение качества получаемых окрасок (строка I). Несмотря на повышение устойчивости ДТН, применение в качестве стабилизаторов гидрофильных поверхностно-активных реагентов (например, дасгоргатора НФ) ещё более ухудпает колористические характеристики вследствие изолирующего и моющего действия ПАВ при

обработке ткани (строки 3 и 4). Ташл образом, для улучсопин воспроизводимости окрасок боз сншг-.чия кх качества необходимо обратимо увеличить метфззнсе сопротивление хемосирбции кислорода только на период пребывания состава п расходной емкости; в момент использования раствора ДТП (пропитка ткани) повьашннсе мекфазное сопротивленш дол>::по отсутствовать.

Это достигается с помощь» специального лабильного апткокси-дзнта (продукт оксизга/.ировашш и оксипропилирования фенола, дз-лзе - "препарат Ф"), который в исходном состоянии обладает слабой и неустойчивой стабилизирующей способностью (рис.2, кр.1), но в ходе омагничиьания восстановительного раствора приобретает свойства ПАВ, обеспечивающие ¡замедленно окисления ДТН на 40...45Ж (кр.2). Раздельное применение магнитной обработки или препарата Ф

Таблица 2.

От.тичия в характеристиках скрзсок ]впса арт.3161 при проявлении Кубового текно-синсго ОД различными восстановительными растворами

по сравнению со свежеприготовленным традиционным составом.

Восст&иозительиыа раствор Увеличение (+), уме нывенио (-) показателей

№ п/п Наименоиа- МИгЭ Сконцент-рация,г ОО антиокси- А<-нта Продолжительность храно-ни*, час н, кЛ/м ст&пени фиксации красителя, * светлоты, ДЬ. насыщенности , АЙ, X

1 нет ■ 6 • 0 -9,0 ■ +0,3 -3,6

2 нет 6 120 -8,6 +5,1 -0,8

3 диспер- 0 0 -17,9 +15,0 -5,5

гатор

4 КФ (2г/л) 6 0 -19,8 +18,0 -6,1

5 препарат 6 0 -7,5. +4,5 -1.9

В Ф (2. г/л) в ■ 120 -1.5 +0,9 -0.8

Ич-> о&'сшчазчег сухлствеипоге улучшении окрасок (табл.2, строки ?.. ГО, но при их совместного использовании возникает синергическия эффект - стабильность колористических показателей' возрастает в несколько раз (табл.2, строка С). При турбулизации омагниченного восстановительного состава (порекачиванио в плюсовку и пропитка ткани) магнипюинищшрованныо свойства препарата Ф устраняются и но мешают протеканию процессов краыония.

С учетом выявленных закономерностей и условий практической реализации в красильно-отделочном производстве, разработана маг-шгтнохимическая композиция, содержащая ДТН, едкий натр, нейтральный электролит и 2...3 г/л препарата Ф, которую сразу после приготовления подвергают магнитному воздействию в следующих условиях: напряженность магнитного поля н=120 кА/м; продолжительность омагничивания ^>20 с; температура тгЗОЗ К (1£30°С).

3.2. Использование магнитнохимической стабилизированной восстановительной композиции для экономии Д1Н

В разработанной композиции окислительные потери Ыд23204 в 2 раза меньше, чем в традиционном восстановительном составе (20Ж за В часов)| За счет этого концентрация ДТН может быть снижена на 25% по сравнению с регламентированным фабричным составом (с 35 до 26 г/л) без ущерба для качества крашения. Подобное сокращение концентрации ДТН без стабилизации невозможно, так как после 6-часового выстаивания нестабилизированного состава в контакте с атмосферой интенсивность получаемых окрасок и степень фиксации красителя уменьшаются более чем в 1,5 раза, что, очевидно, обусловлено падением концентрации ДТН ниже его стехиометрически необходимого количества (табл.3).

В то же время, при использовании стабилизированного состава

за 6 часов интенсивность окрасок снижается менее чем на 5;?, степень фиксации - примерно на 33!. Гаккм образом, в магнитнохими-ческой композиции в течение по меньшей мэре 6 часов сохраняется концентрация ДТН, превышающая его стехиометрически необходимое количество и обеспечивающая протекание полного восстановления кубового красителя на ткани.

Таблица 3.

Влияние концентрации восстановителя на результаты крашения репса арт.3161 красителем Кубсвь;м темно-синим ОД.

Проявительный состав сдгн> г/л Интенсивность окраски, ед.к/э Степень фиксации красителя,%

соежип раствор через 6 ч вьста ива~ ния свеч.нп растсюр через 6 ч выстаивания

фабричный 35 26 8>7 8,2 7,7 5,1 81,1 77,0 72,1 53,4

омагниченный, содержащий 2 г/л препарата Ф 28 8,2 7,8 78,5 75,8

С учетом дополнительных затрат 25?-ное сокращение расхода восстановителя в стабилизированном составе обуславливает ожидаемый экономический эффект в размере 18,2 тыс.рублей на I млн.м ткани (в ценах мая 1992г.).

3.3. Магнитная активация при пропитке восстановительным составом ткани с нанесённой суспензией кубового красителя

Для экономии красителей при суспензионном крашении предлагается использовать выявленные эффекты магнитной активации их восстановления и ингибировзния взаимодействия с примесями (разделы 2.2 и 2.3). Указанные эффекты достигаются с помощью магнитного воздействия в момент пропитки восстановительным раствором ткани с

нанесенной суспензией красителя. Как показано в табл.4, при сохранении регламентированной кончен грации красителя (30 г/л) омаг-ничивэние улучшает качество окрасок, например, их чистота повышается в 1,1 раза. Магнитная активация процесса восстановления обеспечивает более полное использование красящего вещества -степень фиксации возрастает на 4... 1355. Это позволяет понизить концентрацию красителя в суспензии па 15...17% (до 25 г/л) без ущерба для качества получаемых окрасок (см. табл.4).

Таблица 4.

Результаты производственных испытаний магнитной активации при пропитке восстановительными растворами ткани репс арт.3161

с нанесенной суспензией красителя Новинон синий рсн.

Условия крашения Характеристики о к р. а с о к

с , красителя * г/л н, кА/м Интенсивность, ед. K/S Чистота, % Содержание красителя на -волокне, г/кг Степень фиксации красителя, X

81 87

90 85

25 160 8,6 22,4 25,0 94

Для-реализации разработанной технологии разработан и создан полупромышленный образец устройства для омагничивзния ткани в момент пропитки, устанавливаемый вместо типовой пропиточной ванны плюсовки красильной линии (например, ЛКС-140-7). С его использованием интенсифицированная материалосберегаадая технология кубового крашения успешно испытана и внедрена на Кохомском производственном хлопчатобумажном объединении! экономический эффект за

О 8,7

80 9,0

160 9,1

200 8,8

20,5 25,6

22.2 27,2

22.3 28,2 21,9 26,3

Т8

1988...1990гг. составил 44.9 тыс.рублей (в ценах 1990г.) за счет сокращения расхода красителей.

3.3. Применение магнитной обработки дчя улучшения ровноты окрасок

Для подавления миграции суспензии красителя при сушке предложено укрупнять его частицы с помощью магнитной обработки (раздел 2.1); сопоставление ряда способов омагничжвания выявило преимущества магнитного воздействия на мокроотматую ткань, пропитанную красящей суспензией: коэффициент миграции уменьшился в 1,1...1,5 раза. В ходе производственных испытаний (КохПХБО, линия ЛКС-140-6) достигнуто 2-кратное сокращение неровноты между окрасками лица и изнанки ткани., полностью устранен муар (неспокой-ность) и получен однородный тон по всей ширине текстильного материала.

ВЫВОДЫ

I. На основании экспериментальных данных, найденных кинетических характеристик и предложенного адекватного математического ога-■ сания (модифицированной пленочной модели массообмена) показано, что кислородное окисление ДТП в щелочных растворах является 2-стадийным процессом, лимитируемым поглощением атмосферного кислорода, которое протекает примерно в Ю3 раз медленнее, чем собственно химическая реакция. При установившемся режиме ДТН окисляется абсорбируемым кислородом только в приповерх-. ностном слое раствора толщиной около 0,25 мм и скорость окисления зависит от состояния этого слся, в частности от его кислородосодэржания, молекулярной структуры и гидродинамики течения жидкости. На- основании выявленных закономерностей обоснованы критерии подбора ингибиторов и активаторов окисли-

тельного процесса.

?,. Установлено, что магнитная обработка ингибирует окисление ДТН: во-первых, за счет удаления избыточного (сверх' растворимости) кислорода из вода, идущей на приготовление восстановительных составов, во-вторых, за счет замедления абсорбции атмосферного кислорода вследствие изменения состояния поверхностного слоя раствора ДТН; значимость 2-го фактора возрастает по мере увеличения исходной концзнтраши восстановителя. С помощью математического планирования и регрессионного анализа выведена корреляционная зависимость эффективности ингибирования от напряженности поля (положительный экстремум Норг*120 кА/м) и продолжительности омагничивания (линейное увеличение),' позволившая оптимизировать условия воздействия.

3. Разработан оригинальный магнитнохимический способ повышения устойчивости ДТН к кислородному окислению путем обратимой модификации состояния 'поверхностного слоя восстановительного состава с целью подавления абсорбции кислорода за счет использования специального антиоксвданта, который приобретает инги-бирующиэ свойства в ходе омагничивания и теряет их при турбулизации раствора. На основе этого метода разработана магнитно -химическая восстановительная композиция для суспензионного кубового крашения, обеспечивающая 2-кратное сокращение потерь ДТН, эквивалентное улучшение воспроизводимости окрасок и возможность 25Ж-ного уменьшения исходной концентрации восстановителя без ухудшения качества крашения. Ожидаемый экономический эффект составляет 18,2 тыс.рублей на I млн.м ткани (в ценах мая 1992).

4. На примере кубовых красителей и металлзсодержащих примесных соединений обнаружено, что магнитная обработка изменяет мйрфо-

логин) твердофазных частиц, ускоряет их естественную агрегацию и осавдение. За счет этого, омагничивание мокроотаатой ткани, пропитанной красильной суспензией, снижает миграцию красителя при последующей сушке на 8. ..№% и гдекватно улучшает ровноту крашения; магнитная обработка восстановительного состава уменьшает способность примесных гидроксидов щелочноземельных и ¿-металлов сорбироваться тканью и взаимодействовать с лейкокислотами кубовых красителей, в результате чего потери в качестве окрасок, вызванные присутствием примесей, сокращаются в 1,1....2,5 раза. '». С помощью нелинейного регрессионного анализа кинетически данных рассчитаны константы скорости хинон-гидрохиноновых переходов кубовых красителей.и показано, что даже при многократном избытке восстановителя красители интенсивно окисляются абсор-, бируемым атмосферным кислородом. Обнаружен эффект магнитного катализа, заключающийся в одновременном и одинаковом ускорении как восстановления, так и окисления красителей, при этом протекание переходов полухинон <2- гидрохинон облегчается, а протекание переходов хинон ^ полухинон практически не „зменяет-. ся. Совместное проявление магнитного катализа и магнигноиници-ированного ингибирования поглощения кислорода обуславливает смешение равновесия омагниченаой системы на 2...15% в сторону восстановленного .красителя. •

Разработана материалосберегающая технология кубового суспензионного крашения, которая основана нр выявленных эффектах ' магнитного катализа и ингибирования взаимодействия кубового красителя с примесями, достигаемых путем омагничизания ткани и восстановительного состава в момент • пропитки. В {«зультате степень фиксации красящего вещества возрастает на 4...13?, а

чистота получаемых окрасок - в 1,1 раза. Применение разработанной технологии позволяет снизить расход красителей на 15... ...Т7% без ухудшения качества крашения, что обеспечивает экономический эффект в размере 23...28 тыс.рублей на I млн.м ткани (в ценах 1288.. .1990гг.).

7. Для производственной реализации материалосберегающей технологии создан полупромышленный образец устройства для магнитного воздействия на ткань и технологический раствор в момент пропитки, который полностью совместим с эксплуатируемыми красильными линиями и допускает варьирование в широких пределах (применительно к конкретным требованиям) напряженности поля и количества реверсов вектора магнитной индукцииТГпо ходу движения ткани. С использованием данного устройства разработанная технология суспензионного крашения испытана и внедрена на Ко-хомском производственном хлопчатобумажном объединении.. За период 1988...1990гг. окрашено 1,608 млн.м ткани с реальным экономическим эффектом 45,23 тыс.рублей (в ценах 1990г.), достигнутым за счет сокращения расхода красителей.

Список публикаций по теш диссертации:

1. Иванов В.В., Кокшаров С.А., Мельников Б.Н. Кислородное окисление дитионита натрия в водно-щелочных средах. // Кинетика и катализ. - 1991. - »3. - С.756-759.

2. Иванов В.В., Кокшаров С.А., Мельников Б.Н. Эффективный способ стабилизации восстановительных растворов на основе дитионита натрия. // ЖПХ. - 1991. - № i. - С.743-747.

3. Koksharov S., Ivanov V., Melnikov В. Substantiation and Practical Application of Magnetic Treatment for Vat Dyeing of Cotton Textilies. // Textile Chemical Technology, The 10th Romanian Conference for Textile & Leather with international par-

ticlpation. - Ias.i, Romania, 19U2. - P. 3-13.

4. Иванов B.B., Кокиаров С.А. Обоснование эффективности применения магнитной обработки при крашении тканей, кубовыми красителями. // Международная конференция "Текстильная химия": Тез. докл. - Иваново, 1992, - С.32-33.

5. Кокшаров O.A., Иванов В.В., Скмагина Т.В. Магнитная активация ' при пропитке хлопчатобумажных тканей красильными растворами.

// Текстильная пром-сть. - 1938. - № 10. - С.55.

6. Иванов В.В., Кокшаров С.А., Константинов О.И. Модернизация устройств для пропитки тканей технологическими растворами. // Текстильная пром-сть. - 1983. - № 10. - С.55.

7. Иванов В.В., Кокшаров С.А., Мельников Б.Н. Применение магнитной активации в крашении. // Текстильная пром-сть. - 1992. - w 7. - С.40.

8. Иванов В.В., Кокшаров С.А., Мельников Б.Н. Влияние магнитного поля на состояние гидрозолей кубовых красителей. // Изв.вузов. Технология текст.пром-сти. - 1992. - ш 3. - С.54-56.

9. Иванов В.В., Чистякова Г.В., Кокшаров O.A. Магнитная активация восстановления кубоьых красителей в водных и водно-диоксаьовых

. растворах. // IV Всесоюзное совещание "Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах": Тез.докл. - Иваново, 1989. - Ч.З. - С.383. •

Ю.Иванов В.В., Изотова A.A., Кокшаров O.A. Кислородное окисление дагионита натрия в омагниченных водно-спиртовых средах. // v Всесоюзное совещание "Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах": Тез.докл. - Иваново, 1991. - С.254.

П.Иванов-В.В., Изотова A.A., Кокшаров O.A. Стабилизированный восстановительный раствор. // I Всесоюзная конференция "йид-кофазные материалы": - Тез.докл. - Иваново, 1990.- - C.2U7.

12.Иванов В.В., Комаров С.А. Эффективный метод стабилизации це-лочно-гидросулимитных растворов. // Всесоюзная научно-техническая конференция "Научно-технический прогресс в текстильной и трике~ажной промышленности": Тез.докл. - Херсон, Киев, 1990. - С.21-26.

13.Квэнов В.В., Кокларов С.А. Магнитная активация восстановления кубовых краситзлей. /> Всесоюзная научно-техническая конферон-1шя "Новое в технике н технологии текстильного производства (ПР0ГТЕСС-90)": Тез.докл. - Иваново, 19Э0. - С.158-159.

14.Л.с. 1659554 СССР. МКИ5 о оя р 1/гг, Способ крашения текстильных материалов кубовыми красителями. / Иванов В.В., Кокшаров С.А., Морыганов А.П., Учуватов Н.В. (СССР) - 4423867/05 (072096)! Заявлено 10.05.881 Опубл. 30.06.91, Бгал.к 24.

Подписано в печать 5.11.92 г. Формат бумаги 60x84 Т/16. Печ.л. 1,5. Усл.п.л. 1,39. Тира* 75 г>кз. Заказ 3452/р.

ТипогргЛиг ГУКПК Минтотнерго РФ, г. Иваново, ул. Крмака,4Т