ПРИМЕНЕНИЕ КРАХМАЛА.


Растения, являющиеся источниками крахмала, всегда были важной частью рациона питания человека, дающей 70-80% потребляемых калорий. Благодаря широкой распространённости этих растений, а также из-за низкой стоимости, лёгкости модификации и возобновляемости источников неудивительно, что нашлось много способов непищевого применения крахмала. В настоящее время крахмал используется в адгезивах, связующих, покрытиях, пенах, наполнителях, флокулянтах, пластиках, клеях и модификаторах вязкости.

Крупнейшим потребителем крахмалов является бумажная промышленность, получающая более 60% всего производимого крахмала. Ещё 15% использует пищевая промышленность и столько же - все остальные, вместе взятые, потребители. Адгезивы на основе крахмала составляют приблизительно 60% от общего количества натуральных адгезивов. В последние два десятка лет пластики на основе крахмала нашли применение в качестве упаковочных материалов, плёнок для мульчирования и составов для изготовления одноразовых изделий.
(По материалам статьи "Native starch; uses of" Lawton Jr, John)

Google
 


Бумажная промышленность.
Текстильная промышленность.
Пищевая промышленность.
Производство клея.


ТЕКСТИЛЬНАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ.



ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КРАХМАЛОВ В ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ.


В текстильной промышленности крахмалы используются для шлихтования, аппретирования и приготовления загущающих составов (загусток).

Аппреты, шлихтующие и загущающие составы являются многотоннажными текстильно-вспомогательными препаратами. Расход этих материалов на 1 млн м тканей составляет от 70 до 250 т. Стоимость и качество этих материалов существенно влияют на стоимость продукции текстильной промышленности. Повышение качества этих вспомогательных препаратов позволяет повысить экономические показатели производства.

ШЛИХТОВАНИЕ.
Сущность процесса заключается в пропускании нитей основы через клеящий состав (шлихту), создающий после высушивания на нити гладкую, эластичную плёнку, которая предохраняет нить от разрыва при ткачестве.
Процесс шлихтования состоит из двух этапов:

  1. проклеивание волокон (смачивание и пропитка шлихтой), отжим излишней шлихты.
  2. сушка, при которой происходит фиксация шлихты на волокне
Состав шлихты и классификация шлихтующих веществ

Шлихта состоит из клеящих и текстильно-вспомогательных (расщепители, смачиватели, пластификаторы, антистатики, антисептики) веществ.

Основной объём в рецептуре шлихты приходится на класс клеящих веществ. К клеящим веществам относятся: крахмалы (нативные или модифицированные), КМЦ (карбометилцеллюлоза), ПВС (поливиниловый спирт), животный клей, мука.

Особо отметим роль расщепителей, входящих в состав шлихты. Расщепители это хлорамин или хлорамин + едкий натр, расход расщепителя от 0,15 до 0,30 кг на 1000 л шлихты. Расщепители при воздействии на крахмал, отщепляют от амилопектина самые длинные цепочки, тем самым, уменьшая степень полимеризации. Это приводит к снижению температуры клейстеризации, уменьшению вязкости шлихты и увеличению способности к пленкообразованию.
Основные требования к клеящим материалам, входящим в состав шлихты:
  1. адгезия к обрабатываемому волокну (смачиваемость), высокая способность проникать внутрь нити (пряжи).
  2. пленкообразующая способность шлихты, которая заключается в создании на нити (пряже) прочной и эластичной плёнки, которая должна выдерживать комплекс напряжений при трении, изгибе, кручении и иметь низкий коэффициент трения.
  3. устойчивость плёнки к высоким температурам (120-130 °C)
  4. растворимость в воде, т.к. шлихта должна легко удаляться из ткани при расшлихтовке.
  5. нейтральная реакция растворов шлихты, рН 6,5-7,5.
  6. низкое пенообразование.
  7. определённая вязкость.
  8. стабильные свойства клейстеров: способность сохранять однородность при хранении, отсутствие синерезиса.
  9. не вызывать коррозии оборудования.
  10. низкая токсичность.
  11. доступная цена.
Использование нативных крахмалов, как клеящих веществ, при производстве шлихты

Для производства шлихты можно использовать следующие виды нативных крахмалов: картофельный, тапиоковый, кукурузный, пшеничный.

Расход нативных крахмалов колеблется от 35 до 115 кг на 1000 л шлихты.

Нативные крахмалы используют для шлихтования хлопчатобумажной (миткаль, бязь, байка, сатин, фланель, сорочечная и др. ткани), хлопкосиблоновой (ткани ситцевой, бельевой, платьевой групп и махровых полотенец), полиэфирно-хлопковой (группа платьевых и костюмных тканей) и других основ (с добавлением вискозных, ацетатных, шерстяных волокон. Использование одних крахмалов для шлихтования основ - предпочтительно, других – нежелательно.

Картофельный крахмал относится к крупнозернистым крахмалам, зерна имеют размер от 15 до 120-150 мкм. Этот крахмал имеет наибольшую вязкость из группы нативных крахмалов. Высокая вязкость картофельных клейстеров затрудняет процесс смачивания волокон, увеличивает время сушки в процессе шлихтования, что увеличивает энергоемкость производства. Чаще картофельные крахмалы используют для аппретирования хлопчатобумажных и льняных тканей. Пленки отличаются высокой эластичностью.

Кукурузный крахмал относится к среднезернистым крахмалам, размер зерен 15 мкм. Несмотря на то, что температура клейстеризации кукурузного крахмала выше, чем у картофельного крахмала, кукурузный крахмал чаще всего используется в производстве шлихты. Основные преимущества кукурузного крахмала: высокая смачиваемость; пленкообразующая способность; более низкая вязкость, чем у картофельного крахмала; низкая цена; круглогодичное производство; высокое качество крахмала отечественных производителей. Но плёнки из кукурузного крахмала очень жёсткие.

Тапиоковый крахмал, по всем показателям, занимает промежуточное положение между картофельным и кукурузным крахмалом. Плёнки достаточно эластичные.

Пшеничный крахмал относится к крупнозернистым крахмалам, содержит наибольшее количество белка. Шлихта из пшеничного крахмала неустойчива во времени, нестабильна по свойствам, пенится, может привести к изменению цвета волокон. Пленки не прочные (могут осыпаться). Пшеничный крахмал, возможно, использовать для шлихты основ технических тканей.

Несмотря на ряд достоинств нативных крахмалов, они, к сожалению,обладают и целым комплексом недостатков (нестабильность шлихты, недостаточное качество плёнок, невозможность добиться определённой вязкости, недостаточная устойчивость плёнок к высоким температурам и пр.).

Поэтому в последнее время в текстильной промышленности всё чаще используют модифицированные крахмалы. См. раздел "Модифицированные крахмалы".

АППРЕТИРОВАНИЕ
Аппретирование (от франц. - аррreter-окончательно отделывать) в текстильной промышленности это заключительная операция по отделки материалов (тканей, трикотажа). В результате аппретирования материал приобретает ряд уникальных свойств: негорючесть (огнезащитные пропитки), придание водоотталкивающих свойств (плащевые ткани), противогнилостность (обработка солями меди и хрома), наполненность ткани, безусадочность, обработка от моли (шерстяные ткани обрабатывают растворами фтористых солей) и пр.

Крахмальный аппрет используют для обработки хлопчатобумажных, а особенно, для льняных тканей, льняного трикотажа. В состав крахмального аппрета входят:
  1. смягчающие вещества (жиры, мыла, масла)
  2. антисептики (формалин, соли меди, салициловая кислота)
  3. вещества, придающие блеск (воск, парафин)


Крахмальный аппрет повышает износоустойчивость, улучшает внешний вид, облегчает раскрой и придает гибкость ткани, увеличивает наполненность ткани (трикотажа).

Почти все виды крахмалов (как нативные, так и модифицированные) возможно использовать в аппретурно-отделочных операциях.

Загущающие материалы (загустки)

Загустки – это композиция материалов, которая используется при нанесении рисунка на ткань, для предотвращения растекания краски, вследствие капиллярности волокон.

В состав загусток могут входить различные вещества: крахмал, декстрин, камеди, альбумин, казеин, каолин и пр. Основные требования к загусткам:
  1. рН устойчивость (при варке кислых красок)
  2. недопустимость изменения цвета
  3. устойчивость при хранении (отсутствие синерезиса)
  4. для некоторых красок возможно использовать только холодно растворимые или холодно набухающие компоненты
  5. возможность варки клейстеров с заданной вязкостью: так для узора из тонких линий необходима небольшая вязкость, для крупного рисунка - лучше использовать клейстеры с высокой вязкостью
  6. недопустимость примеси минеральных веществ, песка, т. к. это приводит к порче печатных узлов (валы, ракли)
Модифицированные крахмалы для текстильной промышленности

В последнее время для шлихтующих и загущающих составов все чаще используют модифицированные крахмалы. Применение этих крахмалов позволяет улучшить показатели отшлихтованной пряжи, печатных тканей; уменьшает расход загущающих материалов; снижает энергозатраты; уменьшает расход химических расщепителей, увеличивая экологическую безопасность техпроцессов.

ОКИСЛЕННЫЕ КРАХМАЛЫ.
Окисленные крахмалы получают воздействием следующих окислителей: перманганаты, перекиси, гипохлориты и др. При обработке окислителями происходит гидролитическое расщепление глюкозидных связей, окисление спиртовых групп в карбонильные и карбоксильные группы. Окисленные крахмалы образуют концентрированные клейстеры пониженной вязкости и повышенной прозрачности. Эти свойства клейстеров используются для приготовления шлихты.

Окисленные крахмалы не так широко используются для шлихтования основ, как другие виды крахмалов. Эти крахмалы имеют невысокий показатель адгезии к волокну, что объясняется анионным характером окисленного крахмала.

Однако крахмалы, окисленные гипохлоритом, применяются для шлихтования пряжи искусственного шелка, синтетических смесей волокон и при изготовлении тонкой пряжи. Пленки, получаемые из окисленного гипохлоритом крахмала, отличаются прозрачностью, а также плотностью и эластичностью, что является дополнительной защитой от механического воздействия при высоких скоростях ткацких станков.

КИСЛОТНО-МОДИФИЦИРОВАННЫЕ КРАХМАЛЫ.
Для получения кислотно-модифицированных крахмалов используют соляную или серную кислоту. Крахмал, модифицированный кислотой, представляет большой интерес для шлихтования основ и аппретирования. Кислотно-модифицированные крахмалы придают бОльшую прочность и гладкость нити при шлихтовании. Эти крахмалы образуют клейстер заданной вязкости, текучести. Поэтому эти крахмалы используют для шлихтования основ как самых грубых тканей (парусина, ткани из двойных нитей), так и самых тонких (батист).

АЦЕТИЛИРОВАННЫЙ КРАХМАЛ.
Этот вид крахмала получают при помощи уксусной кислоты, уксусного ангидрида. Ацетаты нашли широкое применение для шлихтования, аппретирования тканей, для приготовления загусток. В текстильной промышленности используют свойства ацетатных крахмалов образовывать стабильные клейстеры при более низких температурах, разные по вязкости. Пленка на волокне обладает высокой прочностью, эластичностью, гибкостью. Пленки легко удаляются с волокна.

МОДИФИЦИРОВАННЫЕ КРАХМАЛЫ ХОЛОДНОГО МЕТОДА ПРИГОТОВЛЕНИЯ.
Все выше рассмотренные крахмалы - это крахмалы горячего метода приготовления. При производстве стекловолокна используют модифицированные крахмалы холодного метода приготовления. Наиболее часто применяются поперечно-сшитые кукурузный и картофельный крахмалы, высокоамилозные разновидности и их производные, а также катионные крахмалы.

ЛИТЕРАТУРА.
  1. А.П. Морыганов, А.Г.Захаров, В.В. Живетин. Ж. Рос. Хим. Об-ва им Д.И. Менделеева, 2002, т XLVI, №1,с. 58-65.
  2. Kerr R.W. In: “Chemistry and Industry of starch”. New York, Academic Press Inc., 2nd Ed., 1950
  3. Химия и технология крахмала. Промышленные вопросы/ под редакцией Р.Л.Уистлера и Э.Ф. Пашаля, пер. с англ. Под ред. Н.Н. Трегубова. М., Пищевая промышленность, 360 с.
  4. Жушман А.И., Быкова С.Т., Коптелова Е.К. Новые виды модифицированных крахмалов и их применение. М., ЦНИИТЭИпищепром, 1976, 37 с