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:
- проклеивание волокон (смачивание и пропитка шлихтой), отжим излишней шлихты.
- 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:
- адгезия к обрабатываемому волокну (смачиваемость), высокая способность проникать внутрь нити (пряжи).
-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.
-устойчивость плёнки к высоким температурам (120-130 град)
-растворимость в воде, т.к. шлихта должна легко удаляться из ткани при расшлихтовке.
-нейтральная реакция растворов шлихты, рН 6,5-7,5.
-низкое пенообразование.
-определённая вязкость.
-стабильные свойства клейстеров: способность сохранять однородность при хранении, отсутствие синерезиса.
- не вызывать коррозии оборудования.
- низкая токсичность.
- 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:
- смягчающие вещества (жиры, мыла, масла)
- антисептики (формалин, соли меди, салициловая кислота)
- 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:
- рН устойчивость (при варке кислых красок)
- недопустимость изменения цвета
- устойчивость при хранении (отсутствие синерезиса)
- для некоторых красок возможно использовать только холодно растворимые или холодно набухающие компоненты
- возможность варки клейстеров с заданной вязкостью: так для узора из тонких линий необходима небольшая вязкость, для крупного рисунка - лучше использовать клейстеры с высокой вязкостью
- 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. Существуют модифицированные крахмалы холодного метода приготовления. Эти крахмалы используют в качестве добавки при производстве стекловолокна.
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