Процессы химической чистки изделий
Обработка изделий струями жидкостей
Мойка изделий струями жидкости применяется для обработки прямого белья, полотенец, спецодежды на вешалках, ковров и дорожек. Процесс мойки заключается в том, что на изделие направляют струи моющего раствора под давлением из специальных двухпоточных или однопоточных сопел (Рис. 88). Сопла устанавливаются над поверхностью изделия и струи под высоким давлением (2,5 ... 2,8МПа) удаляют глубоко засевшую грязь. Отработанная жидкость собирается в специальной ванне с оборотной стороны изделия. Распылитель для подачи моющего раствора и воды может иметь одно или несколько сопел. Струя жидкости из сопла со скоростью ударяется под прямым углом о поверхность изделия. Диаметр вытекающей из сопла струи . При определении силы давления струи на поверхность изделия сжатием струи можно пренебречь.
На основании
теоремы о количестве движения для части
струи, заключенной в данный момент
времени в объеме жидкости между прямыми
имеем:
,
где
и
- количество движения системы в
направлении оси
в момент времени
и
;
- масса объема
жидкости, переместившейся за время
.
За время
объем жидкости
перемещается и занимает положение
.
Рис. 88. Действие однопоточной жидкости на изделие
Внешняя сила, действующая на выделенный объем жидкости и дающая проекцию на ось , - только реакция поверхности изделия . Считая величину постоянной, получим:
или
,
откуда:
,
где
- объем жидкости между прямыми
и
,
- плотность жидкости.
Тогда:
.
Сила давления струи на обрабатываемую поверхность равна этой же величине.
Процессы обработки изделий из тканей
Процессы стирки
Моющий процесс при стирке
Стирка тканей представляет собой комплекс тепловых и механических воздействий на загрязненную ткань с помощью моющих средств и удаление загрязнения моющими и ополаскивающими растворами. Так как в процессе стирки участвуют ткани, загрязнители и моющие средства, рассмотрим их физические и химические свойства.
В настоящее время используют ткани трех типов: натуральные, химические и смешанные.
Материалы для натуральных тканей образуются в природе (хлопок, лен, шерсть, шелк), химические (искусственные и синтетические) изготовляются промышленностью на основе физико-химических процессов (капрон, вискоза, ацетат, дедерон и др.), смешанные ткани в своем составе имеют определенный процент натуральных волокон.
Для рассмотрения процессов стирки введем некоторые определения.
Отстирываемость определяется путем сравнения белизны исходной ткани с загрязненной и стиранной. Белизна определяется коэффициентом отражения синего спектра света от испытываемого образца ткани. Измерение производят лейкометром. Отстирываемость (в %) определяют по формуле:
,
где
- белизна (отражательная способность)
искусственно загрязненного образца
после стирки;
- белизна загрязненной ткани;
– белизна ткани в исходном состоянии.
Потеря прочности ткани (в %) показывает, насколько уменьшилась прочность ткани на разрыв после 20 стирок:
,
где
– прочность исходных образцов
(среднеарифметическое значение);
– прочность стиранной ткани.
Остаточная влажность (в %) определяется количеством воды в ткани, оставшейся после отжима:
,
где
– масса сухого белья;
– масса белья после отжима.
Эффективность
полоскания (в
)
определяется щелочностью воды после
последнего полоскания относительно
водопроводной воды и выражается
формулой:
,
где
– щелочность воды после последнего
полоскания;
– щелочность водопроводной воды.
Способность материалов поглощать воду оценивается водопоглощаемостью, водоемкостью и капиллярностью.
Водопоглощаемость (в %) характеризуется количеством поглощенной воды при полном погружении материала в воду:
,
где
– масса образца после замачивания;
– начальная масса.
Водоемкость
(намокаемость) (в
)
материала выражает количество поглощенной
воды в г в пересчете на 1
:
,
где – площадь замоченного образца.
Капиллярность
ткани характеризуют высотой
,
на которую поднимается влага через
определенное время.
Практика показала,
что хлопчатобумажная ткань загрязняется
быстрее, чем льняная, а отстирывается
значительно труднее. Шерстяные ткани
более склонны к загрязнению, так как
имеют крупнопористую структуру. Кроме
того, имеющиеся в шерсти химические
группы
вызывают притяжение загрязнений.
Синтетические материалы, будучи хорошим
диэлектриком, обладают способностью
накапливать электрический заряд,
усиленно притягивают загрязнение.
Свойства тканей можно разделить на три группы:
механические (прочность, удлинение, эластичность, сминаемость, склонность к изнашиванию);
гигиенические (воздухопроницаемость, зольность);
физические (усадка, легкость очистки, плотность, гигроскопичность, белизна, тепловые свойства).
Шерстяные ткани, мягкие, эластичные, имеют хорошие гигиенические показатели. Однако при нагревании до 100–105 шерстяные ткани разрушаются. Стирать шерстяные ткани рекомендуется при температуре не выше 50 , а отжимать в «деликатных» режимах. Аналогично должна быть ограничена температура сушки шерстяных тканей.
Из этого примера видно, что важной характеристикой ткани является теплоустойчивость.
Теплоустойчивость материала оценивается максимальной температурой, выше которой начинается ухудшение свойств материалов, препятствующее их использованию. Например, нагревание хлопчатобумажной ткани в течение 1 ч приводит к уменьшению ее прочности (Рис. 89).
Рис. 89. Снижение прочности хлопчатобумажной ткани при нагреве
Изделия из искусственного волокна (вискоза, ацетатный шелк и др.) обладают устойчивостью к температуре 110– 120 , рекомендуемая температура их сушки 60 .
Следует отметить, что синтетические ткани (капрон, лавсан) устойчивы к истиранию. Некоторые химические материалы теряют прочность в мокром состоянии (вискоза, ацетат) до 40 %. Натуральные волокна, такие как шерсть, натуральный шелк, в мокром состоянии теряют прочность, а хлопок наоборот становится прочнее.
Потеря прочности мокрой ткани из химических волокон тем больше, чем выше гигроскопичность ткани. Поэтому следует избегать механических воздействий на ткань как во время стирки, так и при сушке. Как показала практика, в мокром состоянии льняная ткань больше склонна к изнашиванию, обусловленному трением, чем хлопчатобумажная. В то же время в сухом состоянии льняная ткань лучше противостоит изнашиванию, чем хлопчатобумажная. Характеристики теплостойкости некоторых видов тканей приведена в таблице (Таблица 14).
Таблица 14
Теплостойкость тканевых волокон
|
Температура, |
|||
Волокно |
разложения |
потери прочности |
размягчения |
плавления |
Хлопок |
150 |
120 |
– |
– |
Лен |
– |
120 |
– |
– |
Шерсть |
170– 180 |
– |
– |
– |
Натуральный шелк |
150– 170 |
– |
– |
– |
Вискоза |
180– 200 |
120– 130 |
– |
– |
Ацетат |
95– 105 |
95– 105 |
200 |
200 |
Полиэфир |
– |
160– 170 |
200– 240 |
250 |
В состав бытовых загрязнений тканей входят следующие основные компоненты: вещества, растворимые в воде и легкоудаляемые с волокон; вещества, растворимые в воде и активно оседающие на волокно; белковые и жировые вещества, а также неорганические пигменты.
Основными растворимыми веществами, не имеющими сродства к волокну, являются поваренная соль, мочевина (выделяется, в основном, из пота). Они удаляются из ткани относительно легко водой при невысокой температуре 50– 70 .
Веществами, растворимыми в воде и имеющими сродство к волокну, являются красящие вещества: чернила, кофе, чай, соки, вино и др. Эти вещества прочно связываются с волокном и удаление их производится путем химической отбелки (синтетическими моющими средствами, отбеливающими средствами).
Белковые вещества вследствие их набухания в щелочной и горячей среде моющего раствора удаляются с ткани легко, но требуют весьма продолжительного воздействия. Исключение представляет кровь, которая удаляется сравнительно трудно (необходимы синтетические моющие средства (CMC) с включением протеолитической энзимы, активно действующие на кровь). Жировые и пигментные загрязнения удаляются воздействием CMC, так как гидрофилизация и удаление их возможно благодаря поверхностной активности моющего раствора.
Самым «тяжелым» пигментом для удаления является сажа. К тому же это самый распространенный пигмент, особенно в границах города. Уникальная его способность заключается в том, что удаление возможно только при строгом соблюдении технологии стирки, в противном случае сажа подвергается сильному диспергированию и вторичному осаждению на волокне, что приводит к необратимому посерению ткани. Но основные компоненты уличной пыли – это неогранические карбонаты (до 20%), силикаты (до 40%) и жиры (до 10%).
Жировые загрязнения могут быть животного или растительного происхождения или минеральными маслами. Основной состав кожно-жировых загрязнений составляют глицериды жирных кислот и около 40– 45 % холестерин и его соединения. Воротнички из хлопчатобумажной ткани могут удерживать до 1,2 % кожных выделений. Окисление этих веществ приводит к увеличению прочности их связи с материалом и усилению интенсивности окраски загрязнения. Загрязнения, содержащие красители, удерживаются в материале в результате глубокого проникновения тонкодисперсных частиц пигмента и адсорбции растворимых красителей.
На повышении степени загрязнения сказываются диэлектрические свойства материала. Если ткань обладает высоким объемным сопротивлением, то возникшие при трении заряды не стекают, а притягивают пыль из окружающей среды, В меньшей степени это также свойственно хлопку в сухом состоянии. В то же время жировые отложения проникают в синтетические материалы менее активно, чем в хлопчатобумажные.
Можно установить четыре группы видов связи загрязнений с тканью:
включение макрочастиц между волокнами ткани;
включение макрочастиц в дефектные участки структуры поверхности волокна (трещины, царапины);
удержание инородного вещества сорбционными силами благодаря энергии межмолекулярного (Ван-дер-Ваальса) или электростатического взаимодействия;
химическое взаимодействие загрязнителя и волокна.
Эти особенности загрязнений определяют режим обработки тканей, выбор моющих средств, температуры и степени механического воздействия при стирке.
Моющий процесс в водной среде сводится к нескольким стадиям:
1) адсорбция моющих средств на поверхности раздела «загрязнение – раствор»;
2) смачивание основы и загрязнения;
3) отделение загрязнения от основы;
4) диспергирование и эмульгирование загрязнений в моющем растворе и стабилизация дисперсий и эмульсий, т. е. создание вокруг отмытых от основы загрязнений прочных защитных пленок.
Положительной
адсорбцией называют накопление одного
вещества на поверхности другого.
Вещества, положительно адсорбирующиеся,
называются поверхностно-активными
(ПАВ). Физика явления заключается в
уменьшении поверхностного натяжения
на границе раздела двух сред и
проникновении моющего раствора между
тканью и загрязнением. Далее с помощью
механического воздействия грязь
удаляется с ткани, дробится, а
образовавшиеся частицы окружаются
гидрофильным адсорбционным слоем ПАВ.
Молекулы ПАВ проникают также в
микротрещины загрязнений и разрушают
их вследствие расклинивающего эффекта
тонких абсорбционных слоев. Кроме того,
большинство обычных загрязнений при
заряжается отрицательно и отталкивается
от ткани. В процессе стирки электростатическое
поле и гидрофильный слой препятствуют
сближению частиц загрязнений и осаждению
их на ткань. При разработке технологического
процесса стирки необходимо учитывать,
что активность моющего средства зависит
от жесткости воды, природы ПАВ, вида
ткани и др.
Под смачиванием понимают вытеснение жидкой фазой какой-либо другой фазы из твердого или жидкого тела. Диспергирование – процесс дробления пигментов и удержания их в жидкой фазе. Эмульгирующая способность – возможность образования эмульсии различных жидких сред. Для моющего действия важна только эмульсия масла в воде. Под стабилизацией дисперсии понимают свойство системы текстильное волокно – загрязнение – моющее средство предотвращать повторное осаждение удаленного загрязнения на волокно. Достигается это свойство введением в моющее средство карбоксилметил-целлюлозы.
Моющие средства можно разделить на две группы: жировые и синтетические. Жировые (мыло) – это химическое соединение жирных кислот с органическими или неорганическими основаниями. В состав мыла входят также соли высокомолекулярных жирных кислот. В синтетических моющих средствах (CMC) вместо натуральных жиров применяют синтетические жирозаменители.
Положительной особенностью мыла является то, что оно легко выделяется в осадок, и не загрязняет водную среду, но действие его менее активно, так как оно требует наличия щелочи и высоких температур раствора (до 100 ).
Синтетические моющие средства (СМС), называемые также детергентами, примерно на 10– 12% сокращают время стирки, повышают качество стирки, не требуют высоких температур, поэтому они широко используются при стирке и мытье посуды.
Рассмотрим действие СМС на загрязнения.
СМС – это моющие композиции, активной частью которых является поверхностно-активное вещество (ПАВ), представляющее собой органическое высокомолекулярное соединение с асимметричной молекулярной структурой. Молекула ПАВ содержит одну или несколько гидрофильных групп и один или несколько гидрофобных радикалов. Такая структура, называемая дифильной, обусловливает адсорбционную активность ПАВ, т. е. Способность их адсорбироваться на межфазных поверхностях раздела.
При достижении определенной концентрации ПАВ в водном растворе начинают образовываться мицеллы. Мицеллы – это коллоидные частицы, которые возникают при объединении от 20 до нескольких тысяч небольших дифильных молекул или ионов. Например, ПАВ алкилсульфат натрия диссоциирует в водном растворе по следующей схеме:
Анионы RCH2OSO3- образуют мицеллы (Рис. 90).
Рис. 90. Схема мицеллы: