автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.03, диссертация на тему:Теоретическое обоснование и разработка технологии карбонизации и крашения шерстяного волокна с использованием лигносульфонтатов

Г- Л

V

На правах рукописи

СМИРНОВА Светлана Викторовна

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ КАРБОНИЗАЦИИ И КРАШЕНИЯ ШЕРСТЯНОГО ВОЛОКНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЛИГНОСУЛЬФОНАТОВ

Специальность 05.19.03 Технология текстильных материалов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иваново 1997

Работа выполнена па кафедре химической технологии волокнистых материалов Ивановской государственной химико-технологической академии.

Научный руководитель —

заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Б. Н. Мельников.

Научный консультант —

кандидат технических наук, доцент И. А. Леднева. Официальные оппонент ы:

доктор технических наук, профессор Ю. А. Калинников, кандидат технических паук, зав. лаб. В. Б. Кузнецов.

Ведущая о р г а и иза ц и я — Шуйская суконная фабрика.

в чч . . . ,, 10ШО ча оа^Аании диссертационного совета К 063.11.02 при Ивановской государственной химико-технологической академии по адресу: 153460, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГХТА.

в/ ///?!?

Автореферат разослан « . . . » . . . . 1997 Г-

1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, профессор <

И. Б. БЛИНИЧЕВА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность теми. Шерстяное волокно обладает комплексом уникальных потребительских свойств. Однако, все существующие в настоящее время технологии подготовки (карбонизации) и крашения шерстяного волокна неизбежно сопряжены с повреждением кератина шерсти в результате кислотного гидролиза, окислительной деструкции и других побочных реакций. К отрицательным последствиям повреждения волокна относится но только снижение его механической прочности, но и неравномерность изменений в его поверхностном слое -' эквокутикуле. Модифицированная эквокутикула становится более проницаемой для молекул красителя, что отрицательно сказывается на показателях ровноты крашения. Существенное повреждение кутикулы затрудняет дальнейшую переработку шерсти и ухудшает потребительские свойства готовых тканей.

Необходимо отметить, что отечественная шерсть, значительную часть которой составляет грубая, имеет низкое качество и характеризуется высокой засоренностью. Переработка такого сырья требует повышенного внимания к проблемам очистки и минимизации повреждений шерстяного волокна. При сложившейся структуре сырьевой базы особо актуально создание химических технологий подготовки (карбонизации) и крашения шерсти, обеспечивающих максимальное снижение повреждений волокна при одновременном повышении эффективности отделочных операций. Не менее актуальным является решение экологических проблем - переход на применение нетоксичных препаратов и снижение сбросов вредных веществ в промстоки.

Реальным путем решения задач, стоящих перед шерстяной отраслью текстильной промышленности, является разработка новых технологий отделки шерстяного волокна, основанных на широком ис-йольвоваиии текстильных вспомогательных веществ типа солей лиг-носульфоновых кислот - лигносульфонатов■(ЛСТ). Лигносульфонаты относятся к классу анионактипных ПАВ и являются крупнотоннажными отходами производства сульфитной целлюлозы. Использование этих препаратов в шерстяной отрасли способствовало бы решению экологических проблем целлюлозно-бумажного производства.

Применение ЛСТ для интенсификации подготовки и крашения шерсти не требует дополнительного оборудования,- дополнительных трудо- и энергозатрат; затраты на лигносульфонаты в себестоимости продукции отрасли очень невелики и'с избытком окупаются экономией, полученной от их применения.

Для разработки технологий отделки шерстяного волокна, основанных на широком применении ЛОТ различных марок, необходимо детальное исследование процессов, протекающих на различных стадиях химической обработки шерсти. Выбор ТВВ для карбонизации и краше-, ния должен быть основан на изучении физико-химических явлений и взаимодействий в сложных гетерогенных системах раствор-волокно. Необходимо также оценить степень воздействия выбранных реагентов и условий проведения процессов карбонизации и крашения не только на качественные показатели окраски, но и на физико-механические характеристик волокна и его способность к последующей переработке.

Настоящая работа посвящена всесторонней оценке лигносудьфо-натов как защитных агентов, предохраняющих шерстяное волокно от повреждения в процессах подготовки и крашения, а также исследованию их интенсифицирующего воздействия на технологические процессы и влияния ЛОТ на колористические характеристики окрашенного волшша.

Работа выполнена в соответствии с планами НИР ИГХТА и Общегосударственной научно-технической программы "Высокоэффективные технологии развития социальной сферы".

Цель работы состояла в исследовании механизмов взаимодействия дигносульфонатов различных марок с компонентами карбонизационных и красильных систем, оценке эффективности их защитного и интенсифицирующего воздействия на всех стадиях технологической Цепочки подготовка-крашение шерстяного волокна и разработке на этой основе новых, теоретически обоснованных высокоэффективных технологий карбонизации и крашения шерсти.

Для достижения поставленной цели в экспериментальную часть ' работы били включены следующие разделы:

- исследование взаимодействия дигносульфонатов различных марок с шерстяным волокном и компонентами карбонизационных и красильных ванн, а также с растительными засоренностями;

- изучение влияния дигносульфонатов на процесс карбонизации шерстяного волокна, оптимизация параметров процесса карбонизации с использованием ЛОТ;

- исследование влияния дигносульфонатов на процесс нейтрализации карбонизовшшого волокна;

- изучение процесса крашения шерстяного карбонизованного

волокна, активированного с поморю лигносульфонатов на атодии его нейтрализации, а также оценка влияния ЛОТ на колористические характеристики и прочностные показатели окрашенного волокна; исследование влияния лигносульфонатов на восстановление хромирующего агента в процессе хромирования;

- разработка и проверка в производственных условиях новых технологий карбонизации шерсти в присутствии лигносульфонатов и крашения шерстяного карбонизованного волокна, активированного с помощью ЛОТ на стадии его нейтрализации.

Научная новизна. Впервые теоретически и экспериментально обоснована возможность применения лигносульфонатов в качестве защитных агентов в процессе карбонизации шерсти, а также возможность совмещения активации шерстяного волокна и операции нейтрализации карбонизованной шерсти с целью интенсификации последующего процесса крашения и улучшения колористических характеристик окрашенной шерсти. Наиболее существенные результаты, полученные при этом, следующие:

- обоснована целесообразность и эффективность использования лигносульфонатов на всех этапах подготовки и крашения шерсти;

- изучена кинетика физико-химических процессов, происходящих в карбонизационных и красильных системах с участием лигносульфонатов;

- предложены механизмы взаимодействия ЛСТ с перстяным волокном, хромовыми красителями и хромирующими агентами;

- теоретически обосновано и экспериментально установлена снижение повреждений шерстяного волокна при•карбонизации и крашении в присутствии лигносульфонатов;

- исследована возможность интенсификации процесса крашения шерстяного волокна при обработке его лигносульфонатами на стадии нейтрализации;

- оценено влияния лигносульфонатов на колористические характеристики и прочностные показатели окрашенного волокна;

- установлено интенсифицирующее влияния ЛСТ на процесс хромирования при крашении хромовыми красителями;

- разработаны и проверены в производственных условиях новые технологии карбонизации шерсти в присутствии лигносульфонатов и крашения шерстяного карбонизованного волокна, активированного с помощью ЛСТ на стадии нейтрализации.

Практическая вначимость. В работе теоретически обоснованы, разработаны и экспериментально подтверждены технологии карбони-эации и крашения шерстяного карбонизованного волокна с испольбо-ванием лигносульфонатов, обеспечивающие получение высоких проч- . костных и колористических характеристик.

Принципиальная новизна технологий подтверждена Авторским свидетельством СССР N 1513059 от 8.06.89 г. и Патентом РФ N 2053322 от 27.01.96 г.

Предложенные технологии обработки текстильных материалов в сравнении с традиционными технологиями карбонизации и крашения карбонизованного волокна характеризуются сокращением длительности процессов, снижением содержания остаточной кислоты в волокне после карбонизации; снижением потерь прочности волокна на всех стадиях обработки; достижением высоких колористических характеристик; решением экологических проблем, связанных с крашением хромовыми красителями, уменьшением энергозатрат.

Внедрение разработанных технологий приводит к сокращению обрывности пряжи в прядении и ткачестве, что снижает потери дорогостоящего сырья.

Разработанные технологии карбонизации и крашения шерстяного волокна опробованы и внедрены на Шуйской суконной фабрике и на Черниговском камвольно-суконном комбинате. Годовой экономический эффект от внедрения на Шуйской суконной фабрике (при расчете экономии только за счет снижения затрат на химматериалы) составил в ценах 1994 г. 10,58 млн.руб., на Черниговском камволь-но-суконном комбинате в ценах 1992 года - 79,9 тыс.руб.

Автор зашншает: •

- теоретическое и экспериментальное обоснование эффективности использования лигносудьфонатов различных марок в качестве текстильных вспомогательных веществ во всех процессах подготовки и крашения шерстяного волокна: карбонизации, нейтрализации, крашения и хромирования (в случае применения хромовых красителей);•

- установленный механизм взаимодействия лигносульфонатов с шерстяным волокном и хромовыми красителями;

- выявленную способность лигносудьфонатов защищать шерстяное волокно от повреждения в процессах подготовки и крашения;

- установленную взаимосвязь между защитным действием лигносульфонатов и их способностью сорбироваться шерстяным волокном,■

а тоюте ля воегатокоЕителвпой способностью;

- выявленную способность лигносульфонатов интенсифицировать процесс крашения шерстяного волокна;

- установленную взаимосвязь между интенсифицирующим воздействием лигносульфонатов на процесс крашения и химическим строением применяемых красителей;

- теоретическое и экспериментальное обоснование возможности совмещения процесса нейтрализации карбонизованного шерстяного волокна с его активацией ЛСТ перед последующим крашением;

- разработанные технологии карбонизации и крашения шерстяного волокна с применением лигносульфонатов.

Общая характеристика объектов и методов исследования. В ра-. боте использовалось грубое шерстяное волокно, а также шерстяная гребенная лента; предварительно очищенные и технические хромовые красители; текстильно-вспомогательные вещества отечественного и зарубежного производства: лигносульфонаты натрия марок А, В, В, Е, ЛСТ кальция марки В и ЛСТ аммония марок В и Д, смачиватели словатон (Л? и превоцелл У-ОГ, а также муравьиная и молочная кислоты.

Экспериментальные исследования проводились с привлечением современных методов физико-химического анализа: ИК-спектроскопи-ческого, электронно-микроскопического, спектрофотометрического, потенциометрического. Теоретические расчеты ряда характеристик молекул красителей основывались на использовании методов молекулярной механики. Физико-механические, колористические и другие показатели качества текстильных материалов оценивались по методикам, предусмотренным государственными стандартами. Оценка погрешностей измерений при проведении экспериментов проводилась с использованием методов математической статистики.

Апробация работы. Основные материалы диссертации доложены, обсуждены и получили положительную оценку:

- на Всесоюзной конференции студентов и аспирантов "Фи8и-ко-химические, медико-биологические основы создания химических товаров", 1986 г. (Пермь);

- на Всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых "Технический прогресс в развитии ассортимента и качества изделий легкой промышленности", 1987 г. (Иваново);

- на Всесоюзной конференции молодых ученых и студентов "Хи-

мическая технология и проблемы токсичности, 1987 г. (Москва);

- на У1Всесою8ном Совещании по химии неводных растворов неорганических и комплексных соединений в 1987 г. (Ростов-на-Дону);

- на научно-технических конференциях "Научным разработкам -широкое внедрение в практику" (Прогресс-89), (Прогресс-90), 1989 г., 1990 г. (Иваново);

- на научно-практических конференциях преподавателей и сотрудников ИХТИ В 1986 Г., 1990 г. (Иваново);

- на Международных научно-технических конференциях "Проблемы развития текстильной и легкой промышленности в современных условиях" (Прогресс-92), (Прогресс-94), 1992г., 1994 г. (Иваново);

- на Международной конференции "Текстильная химия", 1992 г. (Иваново);

- на I Региональной конференции ИГХТА 1996 г.

- на II Международном Конгрессе колористов "За возрождение Российского текстиля", 1996 г. (Иваново);

- на Международном конгрессе "Современные проблемы научно-производственно-образовательного комплекса текстильной и легкой промышленности" - 1996 г. (Иваново);

Содержание представленных докладов отражено в тезисах вышеперечисленных конференций.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа содержит: введение, литературный обзор, экспериментальную часть с обсуждением результатов, выводи, список использованной литературы (181 наименование) и приложение. Основная часть диссертационной работы изложена на 184 страницах машинописного. текста, выючает 28 рисунков и 21 таблицу.

Содержание работы.

1. Введение. Во введении дается обоснование актуальности исследования, сформулированы цели и задачи работы, описаны элементы научной новизны и показана ее практическая значимость.

2. Литературный обзор. Обзор содержит 3 раздела. В соответствии с темой диссертации рассмотрены вопросы, касающиеся современных представлений о строении и свойствах шерстяного волокна; проведен анализ работ но изучению физико-химических процессов, протекающих при карбонизации шерсти; дан обзор основных направлений совершенствования процессов карбонизации и крашения

шерстяных текстильных материалов.

В опключение литературного обоора дано обосношшие целесообразности проведения работы.

3. Методическая часть. Методичоскля часть содержит характеристик объектов и методов исследования, описаны приемы обработки экспериментальных данных.

4.1. Изучение взаимодействия лигиосульфонптов рллличных марок с шерстяным подокном.

По результатам исследования равновесной адсорбции лигносуль-фонатов различных марок шерстью ив подного и сернокислого растворов устаноплен механизм пппимодействия ЛСТ с шерстянш волокном. Адсорбция ЛСТ во многом определяется ионизацией кератина и доступность» его положительно наряженных аминогрупп. Кромо того, природа адсорбции включает в себя образование водородных связей и Ван-дер-Ваальсопы взаимодействия основной цепи молекулы ЛСТ и кератина. Адсорбция ЛСТ окапывается предпочтительное взаимодействия кератина с бульфат-ионами серной кислоты, и п рапновесном состоянии ЛСТ выигрывают конкуренцию па центры адсорбции. Это пояполяет использовать'ЛСТ в качестве вшцитних агентов в процессах отделки шерстяного полокна при их содержании п рабочем растворе в количество, достаточном для образования адсорбционного монослоя на волокно - окйло 3 г/л.

По данным кинетики выбирания лигносульфонатов шерстяным волокном процесс адсорбции всех исследованных ЛОТ достигает равновесного состояния через 15 минут обработки. Наиболее быстро ив раствора выбираются лигиосульфонаты, характеризующиеся повышенными вндчениями предельной ¿адсорбции.

4.2. Изучение влияния лигносульфонатоп на процесс карбонизации шерстяного волокна.

Исследована кинетика поглощения серной кислоты шерстяным волокном и растительными васоренностями в присутствии лигног.уль-фонатов и без добавок ЛСТ. Покапано, что присутствие ЛСТ п рппт-воре сущоотнонно ппмедляот и снижает поглощение серной кислоты

шерстяным волокном (эффективные константы скорости выбирания кислоты и величина равновесного поглощения ее волокном снижаются почти в 2 раза). Присутствие в карбонизационной ванне лигносуль-фонатов повышает селективность поглощения серной кислоты компо-. центами массы неочищенного волокна. Показано, что ЛСТ обеспечивают Солее равномерную пропитку массы карбонизуемой шерсти рабочим раствором. При этом отсутствует отрицательное влияние ЛСТ на "полезный" процесс - выбирание кислоты растительными засоренностями.

Оценена эффективность проведения процесса карбонизации шерстяного' волокна в присутствии лигносульфонатов. Добавки любого из исследованных ЛСТ в карбонизационную ванну повышают степень очистки шерсти от растительных засоренностей.

Установлено, что применение лигносульфонатов позволяет существенно снизить повреждение волокна при карбонизации и уменьшить почти в 2 раза содержание в нейтрализованном волокне остаточной серной кислоты (табл.1). Наиболее эффективно £оль защитного агента выполняют ЛСТ, характеризующиеся наибольшими значениями предельной и равновесной адсорбции шерстяным волокном. Подобраны оптимальные концентрации реагентов для проведения процесса карбонизации: 3 г/л ЛСТ и 50 г/л серной кислоты.

ИК-спектроскопическими и электронно-микроскопическими исследованиями подтверждена защитная функция ЛСТ и расширены представления о механизме ее осуществления. Помимо блокирования ионизированных аминогрупп кератина и сопутствующего снижения поглощения шерстью серной кислоты, адсорбция молекул ЛСТ приводит также и к блокированию функциональных групп, способных реагировать с серной кислотой по механизму кислотного гидролиза или разрушаться в реакциях окисления.- Кроме того, лигносульфонаты выступают в роли эффективного смачивающего агента и снижают опасность сильных локальных повреждений волокнистого материала.

На основании полученных данных разработана технология карбонизации шерстяного волокна с применением лигносульфонатов.' Присутствие ЛСТ в карбонизационных ваннах в количестве 3 г/л обеспечивает снижение повреждения волокна при одновременном повышении степени очистки шерсти от растительных засоренностей.

Таблица 1.

Влияние лигносульфонатов различных марок на прочностные характеристики шерстяного волокна и содержание остаточной серной кислоты в шерстяном нейтрализованном волокне.

Марка лигносульфоната Потери прочности, %от исход. Потери веса, % от исходного Содержание остаточной к-ты (X)

общей свободной

ЛСТ натрия (марка А) 3,95 8,04 0,27 0,026

ЛСТ натрия (марка Б) 0 8,24 0,24 0,024

ЛСТ натрия (марка В) 10,10 7,71 0,29 0,026

ЛСТ натрия (марка Е) 1,86 8,63 0,28 0,027

ЛСТ аммония (марка В) 7,08 7,23 0,29 0,028

ЛСТ аммония (марка Д) 4,76 7,75 0,27 0,030

ЛСТ кальция (марка В) 0,92 7,79 0,29 0,030

словатон СИ 11,73 8,56 0,29 0,031

превоцелл И-ОР 12,20 8,32 0,30 0,031

без добавок 14,17 13,15 0,51 0,072

5.3. Иаучение влияния лигносульфонатов на процесс крушения шерстяного карбонизованного волокна.

Спектральными методами исследовано влияние лигносульфонатов на состояние ряда хромовых красителей в растворе. Присутствие добавок ЛСТ практически не сказывается на форме спектров поглощения растворов всех исследованных красителей (рис.1). Изменения максимального светопоглощения с ростом концентрации ЛСТ, по-видимому, связаны с образованием ассоциатов ЛСТ-краситель. Обнаруженные различия хода кривых зависимостей светопоглощения от концентрации ЛСТ в растворе (рис.г) могут быть объяснены мицеллооб-разованием. Способность красителей к мицеллообразованию с ЛСТ связана со строением молекул красителей и соотнесена с рассчитанными величинами' их дипольных моментов. Красители с относительно компактной хромофорной частью и равномерным распределением полярных групп по поверхности молекул типа хромового зеленого антрахинонового имеют наименьшие значения дипольиых моментов.

Рис.1. Спектры поглощения растворов хромовых красителей аеленого антрахшюлового (а) и оранжевого. (0) в присутствии ЛСТ натрия(м.Е); (1) О Г/Л; ' (2) 0,0001 Г/л; (Э) 0,0005 Г/Л;

(4) 0,001 Г/л; (0) 0,01г/л; (6) О,1Г/Л.

Рис.2. Зависимость оптичеоеой плотности растворов хромовых красителей от логарифма концентрации ЛСТ: (1) нелепый антрахи-ноиовый; (2) синий 2К; (3) Оордо С; (4) ярко-красный; (б) оранжевый.

- и -

Красители этого вида обраоуют мицеллы с анионами лигносульфона-тов. красители же с относительно длинным хромофором и локализованной полярной частью типа дис-азокрасителя хромового оранжевого, имеющего одну сульфогруппу, харгютеризуются наибольшими величинами дипольных моментов и, по-видимому, не способны к мицел-лообрааованию с анионактивным ПАВ типа лигносульфонатов в исследованном интервале концентраций.

Установлено, что ЛСТ оказывают выравнивающее и интенсифицирующее воздействие на процесс крашения шерстяного волоюта - наиболее эффективно применение лигносульфонатов при нанесении их на волокно до начала крашения. Ди^узнойное распределение красителя в этом случае протекает более быстро и равномерно, так как диффузия молекул красителя в глубь волокна происходит не как цепочка последовательных актов сорбции-десорбции на волокне, а через более слабое взаимодействие молекул красителя с молекулами ЛСТ. разработана технология крашения шерсти, основанная на предварительной, обработке волокна растворами лигносульфонатов, совмещенной с процессом нейтрализации остаточной кислоты. Установлено, что' максимальное влияние лигносульфонатов на процесс крашения достигается при содержании ЛСТ в нейтрализационной ванне в количестве 2 г/л.

Оценено влияние предварительной активации карбонизованной шерсти лигносульфонатами на скорость процесса крашения хромовыми красителями. Эффективные константы стрости процесса крашения с использованием ЛСТ возрастают в 1,3-3 раза по сравнению с типовой технологией крашения.

Проведен сравнительный анализ кинетических характеристик реакций комплексообразования хромовых красителей с соединениями Сг(П1) и Сг(VI) в присутствии лигносульфонатов. Процесс образования хромовых комплексов существенно ускоряется в случае применения бихромата калия с добавками ЛСТ- значения эффективных констант скорости реакции возрастают примерно в 1,5 раза, а содержание высокотоксичного шестивалентного хрома в остаточной красильной ванне уменьшается в 2,5-3 раза (табл. 2).

На основании экспериментально определенных величин окислительно- восстановительных потенциалов лигносульфонатов установлено, что ЛСТ являются восстановителями более сильных«!, чем кератин шерсти и красители, и реакция перехода хрома в трехвалентное

состояние протекает за счет окисления функциональных групп молекул ЛСТ. Это предохраняет кератин шерсти от окислительной деструкции на стадии хромирования.

Таблица 2.

Влияние условий подготовки на прочностные и колористические показатели окрашенного шерстяного волокна.

Техноло- Содержание Неравно- Степень пов- Содержание

гия под- красителя мерность реждения ШБ, ост.Сг(У1),

готовки на ШВ.г/кг окраски % от исходи. мг/л

хромовый ярко-красный

типовая 35,0 3,92 15,0 0,60

новая 37,6 2,47 9,6 0,25

хромовый зеленый антрахиноновый

типовая 35,2 4,11 14,5 0,63

новая 37,5 . 1,22 10,0 0,20

хромовый синий 2К

типовая 34,7 3,45 14,6 0,72

новая 38,2 1,38 10,4 0,27

хромовый оранжевый

типовая 35,4 3,69 14,9 0,67

новая 37,5 1,23 9,8 0,30

Изучено влияние предварительной активации карбонизованной шерсти лигносульфонатами на прочностные и колористические характеристики окрашенного волокна (табл.2). Установлено, что степень повреждения волокна в крашении сокращается в 1,5 раза, а содержание красителя на волокне за цикл крашения увеличивается на 8-9% по сравнению с типовой технологией. Показано, что значительное повышение скорости процесса крашения не оказывает отрицательного влияния на равномерность окрашивания: значения показателей неровноты окраски для всех исследованных красителей составляют 1,2-2,5 единиц ДЕ и в 2-3 раза ниже, чем в случае подготовки волокна по типовой технологии. Все показатели устойчивости получаемых окрасок к физико-химическим воздействиям оцениваются в 4-5 баллов.

Разработанная технология карбонизации и краиения с использованием ЛСТ опробована и внедрена на Шуйской суконной фабрике и Черниговском камвольно-суконном комбинате. В результате произ-

водетвеиных испытаний установлено, что проведение процесса карбонизации в растворе нового состава повышает на 2-3% степень очистки шерсти и на 10-20% степень белизны, обеспечивает снижение потерь прочности волокна в среднем на 35-45Х и уменьшает содержание остаточной кислоты в волокне в 2 раза в сравнении с результатами проведения процесса карбонизации по существующей технологии. При крашении по разработанной технологии снижаются потери прочности в 2-3 раза, сокращается в 3 раза содержание шес-тивалентого хрома в остаточных красильных ваннах, улучшается равномерность окрашивания и устойчивость получаемых окрасок к физико-химическим воздействиям.

ВЫВОДЫ.

1. Исследован процесс адсорбции лигносульфонатов на шерстяном волокне. Установлено, что в исследованном интервале концентраций адсорбция имеет дэнгмюровский характер, и на поверхности волокна образуется монослой ЛСТ. Показано, что хотя адсорбция ЛСТ контролируется ионизацией кератина и ионное взаимодействие вносит значительный вклад в энергетику сорбции, наряду с этим большое значение имеет адсорбция посредством водородных связей и Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий основной цепи молекулы ЛСТ и кератина.

Установлено, что из числа исследованных лигносульфонатов наиболее высокими значениями равновесной адсорбции характеризуются ЛСТ натрия марок Б и Е, а также ЛСТ кальция марки В.

• 2. Исследована влияние ЛСТ на адсорбционные процессы, протекающие при обработке шерстяного волокна раствором серной кислоты на стадии карбонизации. Установлено, что ЛСТ из сернокислой среды карбонизационной ванны активно поглощаются шерстью, выбирание же лигносульфонатов растительными засоренностями невелико. Лигносульфонаты конкурируют с серной кислотой за положительно заряженные центры адсорбции на шерстяном волокне - ионизированные' аминогруппы кератина. Введение в карбонизационную ванну лигносульфонатов почти в два раза замедляет поглощение шерстью серной кислоты и снижает значения ее равновесного выбирания на 39-47%.

Показано, что присутствие ЛСТ в растворе практически не оказывает влияния на скорость поглощения кислоты растительными засоренностями, но несколько повышает величину равновесного вы-

бирония кислот».

3. Разработана технология кпрбонивпции шерстяного волокна с применением лигносульфонатов. Подобраны оптимальные концентрации компонентов карбонизационной ванны. Установлено повышение степени очистки волокна при карбонизации в присутствии ЛСТ. Доказано защитное действие лигносульфонатов - карбониоадая по разработанной технологии приводит к существенно меньшим повреждениям волокна, кроме того.снижается также содержание в карбонизованном волокне остаточной серной кислоты.

Установлен механизм защитного действия лигносульфонатов: помимо блокировки аминогрупп кератина и сопутствующего снижения поглощения шерстью серной кислоты, адсорбция молекул ЛСТ приводит также и к блокировке функциональных групп, способных реагировать с серной кислотой по механизму кислотного гидролиза или разрушаться в реакциях окисления. Лигносульфонаты та)еже выступают в роли эффективного смачивающего агента, что исключает возможность образования капель кислотного раствора на поверхности отжатого волокна и снижает опасность локальных повреждений.

Доказано, что проведение процесса карбонизации по новой технологии позволяет максимально сохранить структуру и свойства. Исходного волокна. Наиболее эффективно роль ващитного агента выполняют ЛСТ натрия марок В и Е и ЛСТ кальция марки В, т.е. лигносульфонаты, характеризующиеся наибольшими значениями предельной и равновесной адсорбции шерстяным волокном.

4. Изучено влияние присутствия лигносульфонатов в нейтрали-зациошшх ваннах на процесс нейтрализации карбонизованного шерстяного полокна. Установлено, что достигаемое содержание остаточной кислоты не превышает допустимых значений.

5. Исследовано взаимодействие лигносульфонатов с хромовыми красителями различных классов в растворе. Установлено образование лабильных ассоциатов краситель-ЛСТ и возможность.мицеллооб-разования. Доказана зависимость процесса мицеллообрааопяния от структуры молекул красителя. Рассчитана количественная характеристика способности красителя к образованию агрегатов различного строения с ЛСТ -.дипольный момент молекул красителя. Выявлено дезагрегирующее действие добавок ЛСТ на состояние ряда исследованных красителей в растворе.

6. Изучено влияние предварительной актив,-идаи шерстяного

Карбонизованного волокна лигносульфонатами на скорость процесса последующего крашения хромовыми красителями. Эффективные константы скорости крашения повышаются в 1,3-3 раза. Наибольший эффект достигается в случае применения ЛСТ натрия марет А при крашении антрахиноновыми красителями, наименьший - в случае применения ЛСТ натрия марки Е при крашении дис-азокрасителями. Ускорение процесса крашения вызвано двумя факторами: дезагрегацией красителя и ускорением внутренней диффузии красителя в порах волокна.

7. С целью выбора наиболее эффективного хромирующего агента исследован процесс комплексообразования хромовых красителей с соединениями хрома разной валентности. Наиболее быстро и полно комплексообразование протекает в случае применения бихромата калия в присутствии добавок лигносульфонатов. Показано, что, в силу своих редуцирующих свойств, помимо ускоряющего воздействия на процесс комплексообразования, лигносульфонаты выполняют роль защитного агента, ограждающего кератин шерсти и краситель от разрушения.

• 8. Разработана технология карбонизации в присутствии ЛСТ и крашения шерстяного карбонизованного волокна хромовыми красителями, основанная на совмещении процесса нейтрализации с активацией шерсти лигносульфонатами. •. Полученные по новой технологии окраски характеризуются высокими колористическими показателями: содержание красителя, на волокне увеличивается в среднем для хромовых красителей на 8-9Х; значения показателей неровноты окраски не превышают допустимого предела и в 2-3 раза ниже, чем в случае подготовки волокна по типовой технологии; повышаются прочностные показатели получаемых окрасок к трению и мокрым обработкам. Степень повреждения волокна в крашении по предлагаемому способу сокращается в 1,5 раза по сравнению с типовой технологией. Кроме того, хромирование в присутствии ЛСТ позволяет в 2,5-3 раза уменьшить содержание шестивалентного хрома в остаточных красильных ваннах.

Разработанные технологии карбонизации в присутствии лигносульфонатов и крашения шерстяного карбонизованного волокна, активированного ЛСТ на стадии нейтрализации, испытаны в производственных условиях на Шуйской суконной фабрике и на Черниговском камвольно-суконном комбинате. Годовой экономический эффект от

внедрения новых технологий карбонизации и крашения на Шуйской суконной фабрике (при расчете экономии только ва счет снижения затрат на химматериалы) составил 10,58 млн. руб. в ценах 1994 г, на Черниговском камвольно-суконном комбинате - 79,9 тыс.руб. в ценах 1992 г. На разработанную технологию крашения шерстяного волокна с использованием лигносульфонатов получено авторское свидетельство СССР N 1513059.

Основные положение диссертационной работы изложены в следующих публикациях.

1. Смирнова C.B., Леднева И.А. Пути снижения загрязнения сточных вод при крашении шерсти хромовыми красителями/Сб. тез. докл. конф. "Физико-хим., мед.- биол. основы созд. хим. товаров".-Пермь, 1986. - С.58-59.

2. Смирнова C.B. Оценка эффективности отдельных восстановителей используемых в процессах крашения/ Сб. тез. докл. Всес. конф. "Тех.прогресс в разв. асс.и кач. изд. легк. .пром-сти".- Иваново, 1987.- С. 86.

3. Смирнова C.B. Решение проблемы токсичности путем интенсификации процесса крашения/ Сб. тез. докл. Всес. конф."Хим. тех-нрл. и проблемы токсичн. ",- Москва, 1987. - С. 88.

4. Леднева И.А., Смирнова C.B. Кинетика взаимодействия хромовых красителей с солями хрома (III) и хрома (VI)//Акт. пробл. краш-я и синт. кр-лей: Сб.научн.тр..Иваново, 1987. - С.45-49.

5. Способ крашения шерстяного волокна/ Леднева И.А., Мельников Б.Н., Смирнова C.B. А.с.СССР N 1513059 кл.О Об 8 1/36 1983. Опубл. в Б.И. N 37, 1986 г.

6. Смирнова C.B., Леднева И.А. Совершенствование процесса крашения шерсти металлсодержащими красителями//Персп. разв. технологии краш-я и синтеза кр-лей: Сб.начн.тр., Иваново, 1989. -С. 15-17.

7. Смирнова C.B., Леднева И.А. Непрерывный способ крашения шерсти хромовыми красителями/ Изв. вузов. Техн. текст, пром-сти. 1989, N 6. - С. 134-136

8. Новый способ безопасной карбонизации шерстяного волокна/ Леднева И.А. Лосева Л.П., Смирнова C.B., Мельников Б.Н.// Текст.пром-сть, 1989. - N 9. - С.66.

9. Смирнова C.B., Леднева И.А. Лосева Л.П. Лигносульфонаты г эффективные выравниватели в процессе крашения шерсти/ Сб. тез.

докл. конф. "Новое в технике и технологии текст.пр-ва".- Иваново, 1990. - С. 207 - 208.

Ю.Смирнова C.B. Новое в карбонизации и крашении шерсти/ Сб. тез. докл. IV Обл. конф.по акт. общ,- полит, и научно- техн. проблемам.- Иваново, 1990.- С. 86.

П.Смирнова C.B., Леднева И.А. Мельников Б.Н. Новые составы для карбонизации шерстяного волокна/ Сб. тез. докл. конф. преп. и сотр. ИХТИ.- Иваново, 1990. - С. 58.

12.Смирнова C.B., Мельников Б.Н. Леднева И.А. Лосева Л.П. Снижение потерь прочности волокна при карбонизации шерсти/ Изв. вузов. Техн.текст.пром-сти, 1992. - N 1. - С.54-56.

13.Смирнова C.B., Мельников Б.Н. Леднева И.А. Лосева Л.П. Крашение шерстяного волокна, активированного на стадии его подготовки/ Сб. тез. докл. Меадунар.конф."Текст.химия".- Иваново, 1992.- С.45.

14.Смирнова C.B., Мельников Б.Н. Леднева И.А. Лосева Л.П. Крашение шерстяного волокна, активированного на стадии карбонизации/ Сб. тез. докл. конф. "Пробл.разв.текст, пром-сти в Совр.усл.".- Иваново, 1992. - С. 168-169.

15.Смирнова C.B., Мельников Б.Н. Леднева И.А. Лосева Л.П. Новоб в карбонизации шерстяного волокна/ Текстильная химия, 1993. -N 1(3). - С.86-88.

16.Способ нейтрализации карбонизованного шерстяного волокна/Мельников Б.Н..Леднева И.А., Лосева Л.П., Смирнова C.B. Пат-N 2053322, Пр. 16.11.92, Заявка N 92006129 Зар.27.01.96 г.

17.Смирнова C.B., Мельников Б.Н., Леднева И.А. Пути снижения повреждения шерсти в карбонизации и крашении/ Сб. тез. докл. I Регион. конф.КГХТА "Актуальные проблемы химии, химической технологии и химического образования".- Иваново,1996.- С.182.

18.Смирнова C.B. Мельников Б.Н. Леднева И.А. Лосева Л.П. Куликова И. В. Использование в текстильной промышленности препаратов вторичных полимеров производства целлюлозы/ Сб. тез. докл.II Междунар.Конгресса колористов.- Иваново, 1996.- С.83.

19.Смирнова C.B., Мельников Б.Н., Леднева И.А. Влияние лигно-. сульфонатов на состояние красильных систем в процессе крашения шерстяного карбонизованного волокна/Сб.тез.докл. Междун. конгр."Теор.и практ.разр. оптим.технол.проц. и конструк.в текст.пр-ве",- Иваново, 1996. - С.186-187.