Тема 5. Отделка тканей

Вопрос 1. Отделка тканей, ее цели и общая схема процесса отделки. Достижения науки и практики в области отделочного производства тканей.

Вопрос 2. Подготови­тельные операции отделки.

Вопрос 3. Особенности отделки тканей разного волокнистого состава.

Вопрос 4. Крашение тканей.

Вопрос 5. Узорчатое расцвечивание тканей.

Вопрос 6. Заключительная отделка тканей.

Вопрос 1. Отделка тканей, ее цели и общая схема процесса отделки. Достижения науки и практики в области отделочного производства тканей.

Ткани, снятые с ткацкого станка, называют суровыми, так как они жесткие, плохо смачиваются, имеют некрасивый внешний вид, поэтому их подвергают технологическим процессам отделочного производства, выбор которых определяется волокнистым составом, видом и структурой применяемых нитей и назначением текстильного материала. Полный цикл отделочных операций текстильных материалов включает ряд самостоятельных, но взаимосвязанных этапов: предварительную отделку и беление, крашение, узорчатое расцвечивание, заключительную отделку, специальную отделку.

В последнее время отделка тканей как процесс совершенствуется и многообразна по способам воздействия.

Для улучшения протекания процесса отделки текстильных материалов применяют физическую интенсификацию, под которой подразумевается воздействие на процессы отделки различных физических полей. Основными целями воздействия являются сокращение лимитирующих стадий процесса, улучшение качества текстильных материалов; придание им свойств, не достигаемых при традиционной технологии, уменьшение габаритов оборудования и расхода материалов, улучшении экономических, эргономических и экологических характеристик.

Наиболее перспективным в операциях отделки является физическое воздействие через тепло- и массоперенос. При этом общим принципом применения различных физических полей является то, что по мере перехода от процессов на макроскопическом уровне к процессам на микроскопическом уровне необходимое воздействие должно быть соответствующего уровня. Например, для механических процессов воздействие должно иметь механическую природу, для собственно химических реакций – в виде отдельных квантов.

Во многих случаях, однако, процессы протекают на различных уровнях, поэтому и интенсифицирующее воздействие должно быть комбинированным. Среди основных физических методов наиболее перспективным представляется использование акустических методов ВЧ-, СВЧ- и фотовоздействия, а также плазмохимического и лазерного воздействия на текстильные материалы.

Своеобразным направлением в развитии отделки является проведение процессов в сверхкритических средах. Применение воды создает значительные экологические проблемы. Альтернативной средой могут служить системы газов при высоких давлениях и температуре (сверхкритические среды). Жидкий пропан нашел применение для удаления ланолина из шерсти, а ровнота крашения оказалась лучше, чем при традиционном водном крашении. Жидкий диоксид углерода является наиболее подходящим веществом для использования в отделочном производстве, так как он нетоксичен, негорюч, и его нетрудно получить в значительных количествах.

Механизм действия сверхкритической среды заключается в растворении красителей до отдельных молекул. Низкая вязкость ведет к хорошей ровноте окраски. Отсутствует необходимость в перемешивании и в использовании интенсификаторов, так как сама среда способна снижать температуру стеклования. Эта технология, помимо исключения воды, уменьшает потребление энергии при крашении, так как после такой обработки волокна совершенно сухие.

Внедряются также плазмохимические технологии. Плазма, как известно – это состояние ионизированного газа, вызванное различного типа зарядами. В текстильной промышленности обычно используют тлеющий разряд, а плазма называется низкотемпературной. Основными компонентами плазмы являются: поток электронов; поток ионов, возбужденных молекул, атомов радикалов; кванты жесткого ультрафиолетового излучения.

Попадая на поверхность текстильных материалов, плазма вызывает разрушение молекул, их испарение и другие деструктивные процессы на глубине примерно 30 – 50 мкм. Вслед за первичными процессами травления поверхности могут происходить и вторичные процессы. Преимущества плазмохимической технологии заключаются в повышении производительности, поскольку продолжительность самих процессов сокращается в десятки и сотни раз; в возможности модификации поверхности волокон с целью изменения смачиваемости, адгезии и других показателей; в возможности снижения температуры процессов и сокращения их количества.

Однако следует иметь в виду определенный расход электроэнергии, сравнительно невысокий ресурс работы плазмохимической аппаратуры, и необходимость в большинстве случаев вакуумирования систем. Опыт показывает, что обработка плазмой шерсти имеет определенные преимущества перед традиционным хлорированием, прежде всего вследствие ее экономичности. Следует учитывать и влияние состава газовой среды плазмы на ее действие на волокно. Так кислородная плазма вызывает значительное травление поверхности волокна, тогда как воздушная плазма – ее небольшие физические модификации. Хорошие результаты дает плазменная обработка льна. Традиционный мокрый способ прядения и отделки льна требует большого количества энергии, загрязняет сточные воды, тогда как «сухой» способ плазменной обработки способствует модификации поверхности, хорошей смачиваемости, причем наилучшие результаты наблюдаются в инертной аргоновой плазме.

Схема процесса подготовки шерстяных тканей к печати такова: шерсть в виде жгута непрерывно поступает в вакуумную камеру с давлением от 2 до 6 торр. Затраты энергии при хлорировании шерсти составили 7 квт/кг, тогда как при обработки низкотемпературной плазмой – 0,3 – 0,6 квт/кг , причем большая часть энергии тратиться на создание вакуума. В связи с этим процесс в области проведения плазмохимической обработки шерсти при атмосферном давлении является перспективным. Важным представляется вопрос о влиянии плазмы на структуру волокон и их накрашиваемость. Основное влияние заключается в модификации поверхности волокон, особенно натуральных. Поведение волокон в условиях обработки плазмой можно описывать в рамках трехфазовой модели. В ней имеется не только кристаллическая область, но и два вида аморфных областей. В аморфной области, недоступной для крашения, сегменты макромолекул упорядочны, и хотя дальнего порядка нет, но подвижность молекул ограничена. Их аналогом может быть жидкокристаллическая фаза. Плазма воздействует на неориентированную аморфную фазу и может способствовать понижению окрашиваемости, но, с другой стороны, обработка плазмой открывает домены для диффузии красителей, что, наоборот, приводит к увеличению окрашиваемости.

Вид плазмы оказывает различное влияние на волокно. Если кислородная плазма действует в основном за счет химического воздействия, то аргоновая – за счет физического.

В настоящее время для отделки используют также ультразвуковую технологию - акустические колебания частотой 15-20 кГц, для чего применяют преобразователи электродинамического, магнитофрикционного, пьезоэлектри-ческого типа, превращающие электрические колебания в механические Механизм воздействия УЗ колебаний заключается в возникновении и схлопывании микропузырьков (кавитация), а также в возникновении микротечений Происходит разрыв структуры жидкости и возникают при этом значительные градиенты температур, давлений, электрических полей, что обеспечивает лучший массоперенос. Скорость беления при применении данной технологии может быть увеличена в два раза УЗ поля влияют и на структуру и волокна, образуя щели, трещины и другие дефекты.

Улучшает протекание процесса отделки и действие токов высокой частоты на процессы отделки. Под этими электромагнитными частотами принято понимать участок спектра между радиоволнами и световыми волнами. Эффекты, связанные с воздействием СВЧ на процессы отделки, подразделяются на тепловые и нетепловые. Особое значение имеют тепловые воздействия, т.к только этим способом можно подводить большие удельные мощности энергии гибко, т.е возможен очень быстрый локальный и селективный нагрев. В настоящее время разработаны процессы сушки, беления, мерсеризации, крашения и малосминаемой отделки. Особенно наглядно действие СВЧ в крашении, когда ВЧ-обработка приводит к 10-12-кратному увеличению скорости диффузии красителя в волокнистый материал по сравнению с традиционным.

Использование токов ВЧ и насыщенного водяного пара позволяет дополнительно повысить степень белизны на 6-8 %. Важным фактором, обуславливающим достижение высоких показателей мерсеризации тканей, является обеспечение их качественной пропиткой технологическим раствором. Обработка перед пропиткой плохо смачивающегося волокна в течение 1,5-2 сек в электромагнитном поле СВЧ увеличивает скорость и глубину проникновения щелочи, что позволяет уменьшить ее концентрацию на 20-25% при сохранении высоких качественных показателей мерсеризации. Установлено, что при обработке частотой 40 мГц в течение нескольких секунд увеличивается ориентация кристаллитов, что повышает прочность на 6-19%, удлинение на 13-23% и работу на разрыв на 25-30%. При этом наблюдается стабилизация размеров материала. Помимо благотворного влияния на волокнистый материал ВЧ-обработка значительно видоизменяет и состояние красителей, увеличивая, например, растворимость дисперсных красителей. Недостатками этого способа являются повышенный расход электроэнергии и высокая стоимость аппаратуры.

Лазерная технология также находит отражение в процессе отделки. Свет лазера обладает необычными свойствами по сравнению с традиционными тепловыми источниками, основными из которых являются: направленность, когерентность и возможность изменять толщину луча с высокой концентрацией энергии.

Эти свойства дают возможность лазеру образовать и нагреть линию шириной от нескольких микрон до сантиметра. Обычно лазерный луч сканирует текстильный материал под компьютерным контролем, являясь равномерным и гибким источником тепла. Наиболее удобными лазерами являются аргоновый и рубиновый из-за их частот излучения, поскольку красители от желтого до пурпурного поглощают кванты от 457,9 до 514,5 нм. Лазеры широко используются при предварительной подготовке шерсти, при фиксации красителей на термопластичных волокнах. Лазеры используются также для резки и гравирования тканей, но применение низкотемпературного лазера, когда температура ниже точки плавления и горения материала, еще недостаточно исследовано. Возможность использования локализованного тепла для быстрой фиксации красителей представляет потенциальную ценность для отделки.

Существует возможность лазерной термофиксации термопластичных волокон. При выборе лазера следует иметь в виду, что длина отраженной волны окрашенного текстильного материала должна быть совместима с длиной волны аргонового лазера.

Разработана технология печати с применением лазера, которая заключается в следующем. На ткань наносится печатный состав, содержащий альгинат натрия, активный краситель, мочевину, соду. Ткань трижды пропитывается для полного проникновения красителя. Затем ткань сушится и термо-фиксируется аргоновым лазером при температуре 94, 199 и 235 С, после чего промываются.

Широко внедряется в производство цифровая технология печати. Эта технология печатания с применением чернил основана на том, что небольшие капли жидкости под компьютерным контролем точно эжектируется ударом в волокно в нужное место. Концепция очень проста, но приводит к различным техническим решениям. Первоначально эта технология была предложена во Франции в 1749 г., а первый патент получен в 1867 г. Первое промышленно выпускаемое оборудование было предложено в 1951 г. под названием «Осциломинк». Сопловые технологии классифицируются по двум категориям: непрерывная сопловая технология, в соответствии с которой капли чернил образуются и наносятся непрерывно; «капли по необходимости» в соответствии с которой капли образуются и наносятся избирательно.

При непрерывной сопловой технологии чернила вытекают через маленькое сопло диаметроь от 10 до 100 мкм под высоким давлением. Возникающий поток чернил расподается на отдельные маленькие капли. Обычно формирование капель стимулируется высокочастотным преобразователем. Это позволяет получать равномерные и контролируемые капли. Такая электронная технология образования капель наиболее широко распространена. Каплям придается электрический заряд в результате пропускания их около заряженных электродов. Заряженные капли отклоняются при последующем прохождении через электрическое поле.

Компания «Сейрен» продолжила производительную систему для впечатывания по хлопчатобумажным, шелковым, полиэфирным, полиамидным тканям с применением активных и дисперсных красителей. С помощью электронных систем капли формируются и наносятся в точно установленное место. Печатание осуществляется бесшумно со скоростью до 10м/мин чернилами с активными, кислотными, дисперсными красителями для печатания хлопчатобумажных тканей из полиамидных, полиэфирных волокон, натурального шелка с высоким разрешением – 360 dpi. Прочность окраски по стандартамISOсоставляет: к стирке – 4 балла, к свету – 3 – 4 балла.

При сопловом печатании можно использовать трихроматическую систему с получением достаточно полной гаммы цветов. В ряде разработок печатный рисунок изображается посредством цифровых сигналов непосредственно во время печатания. Затраты времени от момента создания рисунка до его воспроизведения измеряются минутами. Фирма «Шторк» также проводит разработки по созданию печатающих сопловых систем с производительностью от 1 до 20 м/ч по стандартам ISOсо светостойкостью 3-4 и прочностью к стирке 4 балла. В такой технологии одна из наиболее трудных задач – это выбор состава чернил. Он должен быть компромиссным между качеством печати, поддержанием работы сопла и временем сушки.

Применение биотехнологических методов отделки текстильных материалов предполагает прежде всего использование эффективных биокатализаторов – ферментов. Наиболее полно проработаны биотехнологии в операциях подготовки (расшлихтовка тканей, отварка и беление хлопчатобумажных тканей, промывка шерстяных тканей, обесклеивание шелка), а также для создания эффектов «варенки» джинсовых и других тканей, мягчения, карбонизации, биополирования, придания мягкости изделиям.

В последнее время появляются работы о применении ферментов в крашении и печатании текстильных материалов, а также для модификации самих волокон, например придания биостойкости шерсти. Одним из недостатков ферментов является их сравнительно высокая стоимость, поэтому иногда ферменты иммобилизируют или прикрепляют к каким-либо носителям. Это позволяет повторно использовать катализаторы и получать продукт, не загрязненный ферментом.

Если говорить об отделке на наноуровне, то современные текстильные технологии позволяют использовать покрытие в пространстве между волокнами или на участках пересечения волокон ткани, причем при обработке они не повреждаются и текстура ткани не изменяется. Таким образом обеспечивают пониженную сминаемость изделий, изготавливают водоотталкивающие и антистатические ткани на основе широко использующихся материалов (хлопка, льна, полиэфира).

Термин «цифровая печать на текстиле» появился сравнительно недавно, но в короткий срок стал понятен всем. О достоинствах цифровой печати можно сказать многое: фотографическое качество изображения, точность цветовоспроизведения, передача полутонов и цветовых переходов оперативность. От «идеи» художника до выпуска изделия может пройти всего несколько часов. Для реализации необходимы компьютер, программное обеспечение, плоттер, термокаландр или термопресс (для трансфертной), зрельник и пропиточная линия (для прямой печати) и расходные материалы (термотрансфертная бумага и чернила). Выпускаемые концерном БАСФ (Германия) дисперсные чернила Бафиксан® Р100 для прямой и трансфертной печати по полиэфирным тканям и пигментные чернила Гелизарин® EVO P100 для прямой печати на тканях из всех видов волокон удовлетворяют самые изысканные запросы потребителей. Данные чернила имеют широкий цветовой охват, высокую устойчивость окрасок к свету, погоде и различным физико-химическим воздействиям, безопасны в применении, экологичны.