Akademia Techniczno-Humanistyczna
w Bielsku-Białej
Kierunek: Włókiennictwo
Rok 1, semestr 2
Temat: Ekologiczny proces technologiczny w przypadku barwienia tkanin poliestrowo-bawełnianch
Wykonali:
Ewa Paczkowska
Natalia Lis
Wstęp:
Do barwienia przędzy i tkanin używano od najdawniejszych czasów barwników roślinnych i zwierzęcych. Barwniki naturalne odznaczają się pięknymi barwami, a wiele z nich wykazuje bardzo wysoką trwałość na działanie światła, czego dowodem są np. stare dywany i gobeliny, których barwa przetrwała wiele wieków nie ulegając zniszczeniu. Obecnie barwników tych nie stosuje się w przemyśle włókienniczym, ponieważ zostały wyparte przez tańsze i łatwiejsze w użyciu barwniki syntetyczne. Barwników naturalnych używa się niekiedy do barwienia przędzy w ręcznym tkactwie artystycznym.
Poszczególne rodzaje włókien barwi się różnymi rodzajami barwników, w zależności od ich budowy chemicznej. Rozróżnia się barwniki do włókien roślinnych, zwierzęcych oraz syntetycznych. Sztuczne włókna celulozowe barwi się barwnikami do włókien naturalnych roślinnych, z wyjątkiem włókien octanowych, wymagających barwników specjalnych.
Na wybór barwnika mają wpływ różne wymagania stawiane w zakresie czystości koloru, odporności wybarwień na światło, na pranie i inne czynniki w zależności od przeznaczenia wybarwianej tkaniny.
Do przygotowania kąpieli farbiarskich oprócz barwników są tzw. środki pomocnicze. Są to różne produkty chemiczne, zwykle organiczne, ułatwiające barwienie. Tkaniny lub nitki przeznaczone do barwienia powinny być wyprane i pozbawione zanieczyszczeń, czyli wstępnie wykończone.
Tkaniny, które będą wybarwione na jasne odcienie, muszą być uprzednio wybielone. Tkaninę jednobarwną można uzyskać przez barwienie gotowej tkaniny lub przez tkanie barwionej przędzy. W każdym przypadku tkanina powinna wykazywać jednolite wybarwienie na całej powierzchni.
Trwałość barwnika wyrażona odpornością wybarwienia na działanie światła, wody, tarcia, prania, prasowania i potu, ma podstawowe znaczenie, decydujące o jego zastosowaniu.
Barwniki dobiera się w zależności od przeznaczenia tkaniny, np. barwniki używane do tkanin bieliźnianych powinny być przede wszystkim odporne na działanie potu i prania; kolorowe tkaniny podszewkowe powinny być odporne na działanie tarcia i potu.
1. Obróbka wstępna tkaniny z włókien poliestrowo-bawełnianych:
Przed poddaniem tkaniny procesowi barwienia ważne jest dopilnowanie całego szeregu czynności przygotowawczych. Ich prawidłowe wykonanie ma zasadniczy wpływ na przebieg procesu barwienia - zależy od niego nie tylko równomierność wybarwień, ale również szereg właściwości tkaniny, takich jak jej elastyczność, wytrzymałość, chwyt, etc. Dopilnowanie i prawidłowe przeprowadzenie czynności wstępnych gwarantuje dobrą jakość wyrobu.
Obróbka wstępna wyrobów bawełniano-poliestrowych jest nie tylko bardzo skomplikowana. Jest to też proces ważny z punktu widzenia ekologicznego, ponieważ zużywa się w nim duże ilości energii i wody, na dodatek produkując znaczne ilości odpadów, głownie ścieków. Na obróbkę wstępną składają się następujące procesy:
Strzyżenie:
Tkaniny wykonane z mieszanki PET/bawełna należą do wyrobów wykonanych częściowo z przędzy odcinkowej. Z tego powodu na ich powierzchni mogą znajdować się drobne włókienka elementarne i/lub końcówki nitek. Ich obecność jest wysoce niepożądana, ponieważ powodują one nierównomierną penetracje materiału przez barwniki i środki pomocnicze, co w konsekwencji znacząco pogarsza, jakość wybarwień i powoduje nieestetyczny wygląd wyrobu. Z tego powodu należy poddać tkaninę procesowi strzyżenia. Obecnie częściej stosowaną metodą jest opalanie, jednak, w przypadku włókien zawierających domieszkę PET wymaga ono zastosowania bardzo wysokich temperatur, co jest procesem wysoce energochłonnym.
Podczas procesu strzyżenia powstają zanieczyszczenia w formie pyłowej. Jednak, jako proces całkowicie mechaniczny pozwala ono na zmniejszenie zużycia energii. Nie powoduje też wydzielania substancji powstałych przy spalaniu włókien celulozowych do atmosfery.
Odklejanie:
Proces ten, zgodnie ze swoją nazwą, ma na celu usunięcie z tkaniny pozostałości klejonki. Jej pozostawienie w znaczący sposób utrudniłoby zabarwienie tkaniny, spowodowało jej nierównomierne zabarwienie, pogorszyło walory estetyczne. Ponadto klejonka usztywnia tkaninę, sprawiając, że jest ona nieprzyjemna w dotyku i nieelastyczna.
Sposób odklejania zależy od rodzaju użytej klejonki. Na potrzeby projektu opiszemy odklejanie w przypadku użycia klejonek skrobiowych.
W przypadku klejonek skrobiowych zalecane jest odklejanie enzymatyczne. Enzymami służącymi do odklejania rozkładające skrobię na cukry proste są a-amylazy (proponujemy Aquazym SD-L). W przypadku Aquazym SD-L zalecana dawka to 0,50 - 2 gr/litr, w pH od 5 do 10, przy temperaturze od 20 do 85 stopni Celsjusza.
Pranie może być wykonane w pralnicy wałkowej, wieloprzedziałowej (na przykład takiej jak na rysunku pierwszym). W metodzie tej kąpiel natryskuje się pod ciśnieniem ok. 0.15 MPa, po czym kąpiel zostaje przefiltrowana i wykorzystana ponownie. Pozwala to na minimalne zużycie wody podczas kąpieli i najefektywniejsze wykorzystanie kąpieli. Dzięki małej objętości kąpieli, możliwe jest szybkie określenie stężenia zanieczyszczeń w kąpieli i wyrobie. Dzięki temu możliwe jest osiągnięcie stabilnych warunków prania.
Rysunek 1: Schemat pralnicy wałkowej wieloprzedziałowej ECON-TEX firmy Deutsche Babcock
Merceryzacja
Jest to kolejny z procesów przygotowujących tkaninę do barwienia. Pozwala ona zwiększyć odporność wyrobów na rozciąganie, co prowadzi z kolei do poprawy stabilności wymiarowej. Wyrobom bawełnianym proces ten nadaje też dodatkowy połysk.
Merceryzacja jest procesem obróbki chemicznej z zastosowaniem wodorotlenku sodowego o stężeniu 270-300 g/l w temperaturze 10-20ºC w czasie 40-50 sekund.
Proces ten powoduje obciążenie ścieków alkaliami. Jednak możliwe jest zmniejszenie jego szkodliwości dla środowiska. Możliwe jest wykorzystanie rozcieńczonych alkaliów, po poprzedniej ich regeneracji, w innych procesach, jak na przykład bielenie lub pranie. Część ścieków powstałych podczas procesu Merceryzacji, niedająca się w żaden sposób odzyskać ani wykorzystać w dalszych procesach, powinna być, w celu zmniejszenia ich szkodliwości, neutralizowana poprzez mieszanie ze ściekami kwaśnymi.
Bielenie wyrobu:
Bielenie jest kolejnym procesem przygotowującym tkaninę z mieszanki włókien bawełnianych i poliestrowych do barwienia. Jest ono konieczne, ponieważ zawarte w tkaninie włókna bawełniane, oprócz celulozy zawierają w sobie barwne zanieczyszczenia, które nadają bawełnie w stanie surowym żółtawe zabarwienie. Barwienie tkaniny wcześniej niebielonej, spowodowałoby uzyskanie koloru o znikomej powtarzalności, w odcieniu dalece odbiegającym od wzorca kolorystycznego dla danego barwnika.
Do bielenia powinno się stosować nadtlenek wodoru (H2O2) będący jedną z bezpiecznych alternatyw dla stosowanych dawniej podchlorynu i chlorynu sodu. Nadtlenek wodoru rozkładając się nie tworzy szkodliwych substancji, co sprawia, że jego zastosowanie jest przyjazne dla środowiska.
Rysunek 2: ciąg KÜSSTERS [pranie wstępne (po obróbce enzymatycznej), przedział impregnujący, parownik, przedziały piorące i impregnarka końcowa (do nanoszenia np. wybielacza optycznego)]
Wg procesu MEGA BLEACH proponowanego przez CIBĘ metoda bielenia
przedstawia się następująco:
1. Obróbka enzymatyczna.
3-5 ml/kg ULTRAVON PRE (dyspergator/zwilżacz)
1-3 ml/kg INVATEX ED (sekwestrator)
2-6 ml/kg INVAZYME ADC (enzym bakteryjny)
Temp. napawania 20-90o C, rotowanie 4-24 godz.
2. Bielenie.
8-12 ml/kg CLARITE MAX (aktywator)
15-25g/kg NaOH 100%
30-60 ml/kg H2O2 35%
2-4 ml/kg ULTRAVON PRE (dyspergator/zwilżacz)
Parowanie 15-25 min, pranie gorące, neutralizacja i podbielenie za pomocą
INVATEX AC (eliminuje resztki H2O2 ) i UVITEX FWA (wybielacz)
W celu usunięcia H2O2 z tkaniny możliwe jest zastosowanie enzymu rozkładającego nadtlenek wodoru do wody i tlenu.
2H2O2 → O2 +2 H2O
Przykładem takiego enzymu jest Terminox Ultra 50 L. Enzym nie powoduje zmian we włóknie jak i w barwnikach. Efektywność tego procesu jest szczególnie ważna, kiedy barwimy barwnikami wrażliwymi na utlenianie np. barwnikami reaktywnymi. Usuwanie wody utlenionej za pomocą Terminoxu Ultra przynosi następujące korzyści:
- Mniejsze zużycie wody.
- Z Terminoxem Ultra nie ma potrzeby stosowania płukań. Proces barwienia może przebiegać w tej samej kąpieli co proces usuwania wody utlenionej.
- Krótki czas procesu.
- Całkowite usunięcie wody utlenionej uzyskuje się w czasie 10-20 min.
- Bezpieczne barwienie.
- Woda utleniona jest efektywnie usuwana w łatwo kontrolowanym procesie. Terminox Ultra nie działa na barwniki i na włókno.
Produkt ten dostępny jest w formie koncentratu, który należy rozcieńczyć przed użyciem.
2. Barwienie tkanin z włókien poliestrowo-bawełnianych
2.1 Barwniki reaktywne i kadziowe
Do zabarwienia tkaniny proponujemy wykorzystanie metody ciągłej. Proponujemy użycie metody pad-dry-pad-stream
Rysunek 3: Schemat ogólny barwienia metodą pad-dry-pad-steam
Zaletami tej metody są:
- wysoka wydajność barwienia
- dobra estetyka wyrobów
- wysoka powtarzalność kolorystyczna
- metoda ta nie zmniejsza odporności wybarwień na oddziaływanie światła lub chloru
Metoda ta jest szczególni wydajna dla dużych partii materiału. Jednak przy zastosowaniu nowoczesnych agregatów uzyskuje się dobry efekt również dla mniejszych partii materiału.
Wadami metody jest czasochłonność zmiany koloru. Nie jest ona polecana dla tkanin bardzo podatnych na migracje lub trudnych do suszenia.
2.1.1 Etapy procesu barwienia:
Napawanie kąpielą w składzie:
- 20 g/l barwnika zawiesinowego Żółcień syntenowa P-6GL
- 20 g/l barwnika reaktywnego Żółcień gryfiksowa 3G
- 5/20 g/l węglanu lub wodorowęglanu sodowego
- 0-100 g/l mocznika
- 1-5 g/l środka zwilżającego – proponujemy SULTAFON D
Środki zasadowe dodaje się w końcowej fazie przygotowywania kąpieli napawającej.
Temperatura kąpieli napawającej 20-25˚C. Odżęcie 60-70%, suszenie w temperaturze 100-120˚C. Czas takiej obróbki wynosi 2-3 minuty.
Konieczne jest dogrzewanie w temperaturze 210-220˚C. Przy jasnych, żywych odcieniach celowe jest stosowanie dogrzewania w temperaturze do 200˚C w celu uniknięcia przytępienia odcienia na skutek żółknięcia części celulozowej mieszanki. Dogrzewane powinno prowadzić się od 40 do 90 sekund.
Następnie przeprowadzamy napawanie w kąpieli redukującej i utrwalenie barwnika kadziowego w barwiarce zwrotnej, oraz przez parowanie.
Na zakończenie należy przeprowadzić opieranie, w celu usunięcia pozostałości barwników. Do opierania stosujemy SULTAFON UNS NEU - niskopienny, odporny na alkalia środek zwilżający z wybitnym działaniem piorącym; posiada zdolność do emulgowania i dyspergowania tłuszczów, wosków i pigmentów; odporny na twardą wodę, środki utleniające i redukujące oraz zawartość ługów do 130 g/l.
2.2 Gotowe mieszanki barwników:
Proponujemy jednoetapowy sposób barwienia wyrobów włókienniczych z mieszanek włókien
poliestrowych i celulozowych z zastosowaniem mieszanek barwników zawiesinowych i kadziowych, takich jak barwniki Helasynowe, Cottestren, Teracoton. Włókienniczy wyrób napawa się wodnym roztworem zawierającym mieszaninę barwników zawiesinowych i kadziowych, podsusza się, suszy i obrabia termicznie w temperaturze 200-220°C w czasie 30-150 sekund w celu połączenia barwnika zawiesinowego z włóknami poliestrowymi drogą termicznego wtapiania. Następnie włókienniczy wyrób poddaje się obróbce redukcyjnej przez napawanie alkalicznym roztworem zawierającym środki redukcyjne, parowaniu w temperaturze 102-105°C, utlenianiu, praniu, płukaniu i suszeniu. W czasie obróbki redukcyjnej następuje usunięcie z włókien celulozowych niełączącego się z nimi barwnika zawiesinowego, przeprowadzenie w postać rozpuszczalną barwnika kadziowego oraz wybarwienie włókien celulozowych.
hiniuial