Лако-красочные материалы — производство

Аппретирующими веществами в широком смысле называются химические продукты, придающие готовым текстильным изде­лиям или тканям особые свойства, улучшающие их внешний вид и эксплуатационные качества, например, жесткость или мяг­кость, наполненность, привес и соответствующие туше.

Такие аппретирующие вещества, как крахмал и его замени­тели, находят широкое применение на фабриках-прачечных для отделки белья из хлопчатобумажных и льняных тканей. Шерсть вследствие присущих ей физических свойств по сравнению с цел­люлозными волокнами меньше нуждается в аппретировании. Изделия из шерстяных волокон, которые в основном поступают на фабрики химической чистки, подвергают обезжириванию. При этом волокна шерсти вместе с загрязнениями теряют и естественные жиры. После обезжиривания (особенно в трихлор — этилене) шерсть становится более жесткой. Для придания очи­щенной одежде мягкости применяются различные аппретирую­щие вещества (так называемые мягчители), и в частности стеа — рокс-6.

Крахмал, как и целлюлоза, является полисахаридом и при­надлежит к высокомолекулярным сахарам. Крахмал образуется в листьях в результате фотосинтеза и откладывается в корнях, клубнях и семенах в виде зерен. Крахмальные зерна неодно­родны и помимо полисахаридов содержат воду (до 20%) и в очень небольших количествах фосфаты, кремнезем, жирные кислоты и др. Полисахариды крахмала состоят преимущест­венно из двух составных частей различной структуры: амилозы и амилопектина.

Макромолекулы амилозы в основном имеют линейное строе­ние и состоят из 200—1000 остатков D-глюкозы.

Молекулярный вес полисахаридов амилозы колеблется от 32 000 до 160 000.

Участок цепи макромолекулы амилозы

Макромолекулы амилопектина в отличие от амилозы имеют сильно разветвленную структуру. Молекулярный вес амилопек­тина колеблется от 100 000 до 1 000 000 и выше.

Соотношение амилозы и амилопектина в крахмале зависит от вида растения. В среднем крахмал содержит 25% амилозы и 75% амилопектина.

Крахмал имеет зернистую структуру. Величина зерен колеб­лется как для различных видов крахмала, так и в пределах од­ного сорта. Зерна крахмала имеют слоистую микрокристалличе­скую структуру.

Крахмал не растворяется в холодной воде. При нагревании зерна крахмала вначале присоединяют небольшие количества воды и обратимо набухают. При повышении температуры к зер­нам крахмала присоединяется большое количество воды, сопро­вождающееся сильным набуханием зерен и увеличением их объ­ема в сотни раз. Эта стадия необратима и сопровождается по­вышением вязкости раствора.

На последней стадии растворимые полисахариды извле­каются водой, зерна крахмала теряют форму, становятся про­зрачными и склеиваются, образуя крахмальный клейстер. Тем­пература клейстеризации зависит от вида крахмала. Для кар­тофельного крахмала она составляет 55—65° С, кукурузного 64— 71° С, пшеничного 60—80° С.

Если гомогенный крахмальный клейстер оставить стоять при низкой температуре, то он мутнеет и из него выпадает осадок амилозы в виде хлопьев. Это явление называется «ретрограда — ция».

Крахмальные зерна могут набухать и при обычной темпера­туре в присутствии некоторых солей, например, хлористого ли­тия.

Некоторые органические соединения (мочевина) также уско­ряют процесс набухания крахмала. Особенно сильно снижают температуру набухания едкие щелочи.

В промышленном масштабе крахмал получают в основном из картофеля и кукурузы. Меньшее значение имеет получение крахмала из пшеницы, риса, сарго, батата, саго и других расте­ний. Для получения картофельного крахмала массу перетертого картофеля («кашку») обрабатывают водой, которая извлекает крахмальные зерна, образуя так называемое «крахмальное мо­локо». Затем «крахмальное молоко» отстаивают или центрифу­гируют, выделяя из него крахмал. Сырой крахмал вторично про­мывают, сушат и измельчают.

Отечественной промышленностью выпускаются следующие виды крахмала: картофельный (ГОСТ 7699—55), кукурузный (ГОСТ 7697—55) и пшеничный (ОСТ 202).

Картофельный крахмал выпускают трех сортов: высший (бе­лого цвета с кристаллическим блеском); I сорт (белого цвета); II сорт (белого цвета с сероватым оттенком).

Влажность картофельного крахмала любого сорта не должна превышать 20%.

Кукурузный крахмал выпускают двух сортов: высший (бе­лого цвета) и I сорт (белого цвета с сероватым оттенком); влаж­ность кукурузного крахмала любого сорта не должна превы­шать 13%.

Пшеничный крахмал выпускают трех сортов: сорт А — «Эк­стра», сорт Б — 1 сорт, сорт В — 2 сорт; влажность пшеничного крахмала любого сорта не должна превышать 13%.

Крахмал упаковывают в новые или бывшие в употреблении, но сухие и чистые двойные бязевые мешки (по 25 кг) или льня­ные, кенафные и джутовые мешки (по 50, 60, 70 и 75 кг), а так­же в бумажные мешки по ГОСТ 2227—65.

Крахмал должен храниться в стеллажах, в сухих, чистых, хорошо проветриваемых складах, не зараженных амбарными вредителями и не имеющих постороннего запаха.

Не следует применять для аппретирования крахмал, имею­щий запах гнили или желтый оттенок (примеси железа), а так­же крахмал, сильно засоренный примесями.

Крахмал является пищевым продуктом и использовать его для технических целей нецелесообразно.

Поэтому замена крахмала синтетическими отделочными пре­паратами является задачей, имеющей большое народнохозяйст­венное значение.

На фабриках-прачечных для отделки белья можно успешно применять высокомолекулярные соединения: карбоксилметил — целлюлозу (КМЦ), поливиниловый спирт (ПВС), полиакрил — амид (ПАА) и другие.

Карбоксилметилцеллюлоза (КМЦ) — простой эфир целлю­лозы и гликолевой кислоты. Для технических целей обычно ис­пользуют натриевую соль карбоксилметилцеллюлозы

СН2ОСН2СООМа

•о—

Уч асток цепи натриевой соли карбоксилметилцеллюлозы. КМЦ получают при обработке щелочной целлюлозы (хлопко­вой или древесной) монохлоруксусной кислотой или ее натро­вой солью по схеме:

R—О

Na + CI

CH2COONa——— >-ROCH2COONa + NaCI

Карбоксил­метилцеллюлоза

Щелочная целлюлоза

КМЦ выпускают в соответствии с ТУ 481—62 в виде рыхлой волокнистой массы белого или кремового цвета с размером час­тиц не более 2 мм. Содержание чистой КМЦ в техническом про­дукте— не менее 40—45%, влаги — не более 15%, щелочность — не более 2,5%, содержание хлористого натрия — не более 20%. Степень этерификации — в пределах 82—85%, степень полиме­ризации — 350.

КМЦ при хранении устойчива. Ее упаковывают в деревян­ные ящики или фанерные барабаны с внутренней бумажной прослойкой.

КМЦ применяют в качестве заменителя крахмала для от­делки белья и одежды из хлопчатобумажных и льняных тканей. Кроме того, КМЦ нашла широкое применение как активная до­бавка в синтетических моющих средствах. КМЦ добавляют почти во все отечественные и импортные синтетические моющие средства в количестве 1,5—3%. Механизм действия КМЦ в мою­щих растворах пока еще не выяснен, но предполагается, что полимерный анион КМЦ адсорбируется на целлюлозном во­локне, увеличивая тем самым электростатическое отталкивание
от волокна частиц загрязнений, в большинстве случаев также несущих отрицательный заряд. Таким образом, КМЦ воспол­няет недостаток синтетических моющих веществ и препятствует обратному осаждению загрязнений на волокно (ресорбция).

Поливиниловый спирт (ПВС); Di = 1,293. Карбоцепной

Лимер

-СНо-СН- " I ом

Получается ПВС чаще всего из поливинилацетата по схеме: СН = СН — г сн3соон > сн., = сн-оос-сн., —— >

-> сн.2=сн-оос-сн3

По­

Винилпцетат

Полимеризация ——>■

-СН,-СН-СНо-СН-СН2 " I " I

Ооссн, ооссн.

Омыление NaOH »■

-СНо-СН- ‘ I

Он

Получить ПВС непосредственной полимеризацией не представ­ляется возможным, так как мономер — виниловый спирт в мо­мент образования изомеризуется в уксусный альдегид:

Сн2 = снон— ► сис(°

3 н

ПВС хорошо растворяется в воде, в разбавленных раство­рах солей, гликолях и глицерине.

Растворимость поливинилового спирта в воде зависит от со­держания ацетильных групп. Так, при содержании 5% ацетиль­ных групп ПВС не растворяется в холодной воде, но легко рас­творяется при температуре 65—-70° С; при содержании 20% аце­тильных групп ПВС частично растворяется в холодной воде, но для полного растворения требуется температура 35—40° С; при содержании 40% ацетильных групп ПВС растворяется в воде при комнатной температуре.

Растворы поливинилового спирта дают прозрачные, бесцвет­ные, прочные, исключительно эластичные и стойкие к истиранию пленки.

NCH3COONa

Эти пленки отличаются также высокой поверхностной твер­достью и низкой хладотекучестью, устойчивы к действию жиров, минеральных масел и органических растворителей.

Растворы ПВС устойчивы к гниению. Для ПВС характерны все реакции спиртов. Так, например, при действии на него ме­таллического натрия в жидком аммиаке при температуре—25° С образуется поливинилалкоголят натрия, который при действии галоидных алкилов переходит в поливиниловый простой эфир. Реакция происходит по схеме:

—— СН2-СН———- ■■■■ Na„>—— СНо-СН— RJ >—сн2-сн————

I -25 2 I? I

ОН ONa OR

В промышленности ПВС получают из поливинилацетата или из поливинилформиата

-СН, — CH-

I /О

O-cf

Который легко гидролизуется при нагревании с водой даже в отсутствие специально вводимого катализатора, так как му­равьиная кислота, выделяющаяся при гидролизе, является дос­таточно активным катализатором.

Поливиниловый спирт (ГОСТ 10779—64) выпускается сле­дующих марок: ПВС-1; ПВС-2; ПВС-3; ПВС-4 и ПВС-5.

ПВС-5 по внешнему виду представляет собой порошок бело­го цвета, а ПВС других марок — белого или слегка желтовато­го цвета, содержание летучих веществ во всех марках ПВС должно быть не более 4%. рН в пределах 5—8, растворимость в горячей воде не менее 99%.

Вязкость 4%-ного раствора составляет для ПВС-1 — 6—9 с-пуаз, для ПВС-2 —9,1 — 12; для ПВС-3 — 12,1 — 17; для ПВС-4 и ПВС-5—17,1—24с-пуаз.

Поливиниловый спирт упаковывают в полиэтиленовые меш­ки, верх мешков сваривают, а затем упаковывают в четырех­слойные бумажные мешки.

Поливиниловый спирт надо хранить в закрытом сухом склад­ском помещении на расстоянии не менее 1 м от нагревательных приборов.

Благодаря своим высоким клеящим свойствам, легкой рас­творимости в воде и ряду других ценных свойств поливиниловый спирт является одним из лучших заменителей крахмала. Им можно аппретировать не только белье из белых хлопчатобумаж­ных и льняных тканей, но и цветное белье, а также белье из синтетических тканей.

Полиакриламид (ПАА) — карбоцепной полимер, молекуляр­ный вес 500 000 и выше, растворим в воде при 70—80° С и тща­тельном перемешивании. В водных растворах полиакриламид постепенно гидролизуется до аммониевой соли полиакриловой кислоты.

-сн,-сн — " I Conh2

-сно-сн — 2 I Coonh4

+ пн0о

Аммониевая соль по. шакри. ювоб кислоты

Полиакриламид

Акриламид

Полиакриламид получают по следующей схеме: сн-сн+нс№^ ch2 = chcn il^m^ ch2=chconh2 >

Акрилонитрил

Полимеризация —сно—сн —

-> I

Conh2

Если полимеризация производится в водной среде, то она протекает при 50—60° С в присутствии инициаторов — органи­ческих перекисей или персульфатов.

Полиакриламид выпускается по СТУ 12—1093—60 в виде 8%-ного водного раствора, который по внешнему виду представ­ляет собой стекловидную вязкую бесцветную (или с зеленова­тым оттенком) пасту с нейтральной реакцией. Транспортирует­ся полиакриламид в полиэтиленовых мешках, упакованных в деревянные ящики или в деревянные бочки; срок хранения 2—3 месяца.

Вследствие значительных сил межмолекулярного сцепления и больших размеров макромолекул растворы ПАА даже при сильном разбавлении имеют высокую вязкость. Это является недостатком ПАА, так как затрудняет выемку его из тары и растворение в воде.

ПАА можно применять для аппретирования белья как инди­видуально, так и в смеси с крахмалом. С крахмалом ПАА сме­шивается в любых соотношениях, образуя однородные растворы.

Стеарокс-6 (ГОСТ 8980—59) в настоящее время является одним из наиболее распространенных мягчителей. Он пред­ставляет собой полигликолевый эфир стеариновой кислоты и
является неионогенным веществом. Структурная формула его такова:

СНз(СН2)16-С00-(СН2СН20)5СН2СН.20Н

Технический продукт представляет собой смесь полигликолево — го эфира стеариновой кислоты с ОП-7 (5%) или препаратом ОС-20 (5—10%).

По внешнему виду стеарокс-6 представляет собой сиропооб­разную или пастообразную массу желтоватого или светло-ко­ричневого цвета, хорошо растворимую в воде. 1%-ный водный коллоидный раствор не должен расслаиваться при комнатной температуре в течение 24 ч, рН такого раствора 7—9. Содержа­ние влаги в продукте не должно превышать 1%.

Стеарокс-6 устойчив при хранении, транспортируется и хра­нится в стальных бочках или стальных оцинкованных бараба­нах емкостью по 50—100 л.

Стеарокс-6 является высокоэффективным мягчителем при отделке тканей из различных волокон. Кроме того, стеарокс-6 можно применять и в качестве антистатика.

Стеарокс-6 сохраняет свойства мягчителя в комбинации с закрепителями ДЦУ и ДЦМ (см. стр. 290—291).