АкадемияБлогаВалек

(Visited 1 times, 1 visits today)
Название

Глава 2. Загрязнение волокон, тканей, изделий

Краткое описание
класс загрязнений относятся олеиновая и уксусная ки­слоты. натриевые соли карбо­новых кислот, глицерин, глицериды, высшие жирные кислоты. приборы, применяемые для определения загрязнен­ности текстильных изделий и оцените их. цель разработки рецептур и способов искусственного за­грязнения тканей?

1. Классификация загрязнений

Все загрязнения можно разделить на три основных класса: 1) не­растворимые ни в воде, ни в органических растворителях (почвенные пигменты, глина, силикаты, цемент, сажа, атмосферные аэрозоли); 2) растворимые в органическом растворителе, но нерастворимые в во­де (органические соединения - углеводороды, смазочные масла, ас­фальт, смолы, краски и лаки, растительные масла и животные жиры, жирные кислоты и др.); 3) растворимые в воде органические и неор­ганические вещества (сахар, мочевина, органические кислоты, щело­чи, белки, соли и др.).

Основной источник нерастворимых загрязнений - воздушная сре­да. Например, в результате деятельности вулканов, бурь, ураганов, пожаров, землетрясений в воздух поступает 773-2200 Мт/г. частиц радиусом до 20 мкм. Таких же частиц поступает 185-415 Мт/г. в ре­зультате деятельности человека, связанной с дроблением, из­мельчением, градостроительством (снос зданий), помолом зерновых культур, сжиганием топлива и отходов, опылением (борьба с вреди­телями полей, сорняками), окраской распылением (сборка автома­шин, покрытие мебели), работой металлургических и химических производств.

В атмосферу России выбрасывается 64 млн т вредных веществ промышленностью и еще больше - автомобилями; содержание ве­ществ в воздухе промышленных центров превышает санитарные нормы.

Высокий уровень загрязнений воздуха в городах Архангельск, Амурск, Братск, Усть-Илимск, Новодвинск, Магнитогорск, Нижний Та­гил, Челябинск, Хабаровск, Москва и др.

Источником нерастворимых загрязнений являются также почва и уличная пыль, образующаяся при износе дорожных покрытий, зданий,

автомобильных шин, обуви и одежды населения, при выделении вы­хлопных газов автомашин и др. Дисперсный состав уличной пыли, %:

В составе уличной пыли содержится 11-16 % водорастворимых, 6,5-13 % эфирорастворимых веществ, 24-27 % углерода, 51-56 % золы, 40-70 % оксидов кремния, 15-20 % оксидов железа и алюми­ния, 2,2-8,4 % оксидов кальция, 1,6-2 % оксидов магния. По другим данным, в состав уличной пыли входят следующие компоненты, %: силикаты - 40, неорганические карбонаты - 20, водорастворимые соли - 10, жиры - 10, прочие органические соединения - 10, сажа - 5, вода - 5. В составе комнатной пыли находятся, %: песок, глина - 45, гипс - 5, известняк - 5, влага - 3, белковые и целлюлозные волокна - по 12, смолы, растворимые в этиловом спирте, - 10, жиры, масла, асфальт - 6, неизвестные части - 2.

Источниками загрязнений, растворимых в органическом раствори­теле, являются продукты питания (жиры и масла), вещества, приме­няемые в труде и быту (минеральные масла, асфальт, смолы, угле­водороды, выделения сальных и потовых желез и др.). Так, в состав выделений потовых и сальных желез входят жирные кислоты насы­щенного и ненасыщенного ряда и неомыляемые соединения. Кисло­ты бывают как в свободном состоянии, так и в виде глицеридов, вос­ков. Жир имеет окраску от светло-желтого до коричневого цвета. Свежий жир имеет больше ненасыщенных жирных кислот, чем за­старелый.

Источником загрязнений, растворимых в воде, являются также продукты питания (соль, сахар, глюкоза, фруктоза, органические ки­слоты и др.), напитки, выделения потовых желез. Так, в состав пота входит 98 % воды, 2 % твердых веществ, содержащих хлорид натрия, фосфаты, сульфаты, органические кислоты, мочевину, холестерин, жир и др.

2. Загрязняемость волокон, тканей и изделий

Загрязняемость - это способность волокон, тканей, изделий поглощать из окружающей среды и удерживать различные по хими­ческой природе и физической форме вещества,

Загрязняемость волокон обусловлена химической природой во­локна, наличием на его поверхности каналов, чешуек, трещин и дру­гих неровностей, в которых удерживаются частицы загрязнений.

Процесс загрязнения волокон состоит из следующих фаз: 1) осаж­дение частичек пигментов из внешней среды на поверхность волокна; 2) адсорбция загрязнений внешней поверхностью волокна; 3) диф­фузия загрязнений внутрь волокна; 4) фиксация загрязнений волок­нами. Значение каждой из этих фаз различно и зависит от химиче­ского свойства волокна и загрязнения. Свойства поверхности волок­на определяют специфический характер его загрязняемости: шерсть загрязняется по краям чешуек, хлопок - в углублениях и зазубринах, ацетатные волокна - в каналах и бороздках, синтетические волокна, имеющие гладкую поверхность, удерживают загрязнения в мелких трещинах и щелях. Синтетические волокна накапливают статическое электричество и это является одним из факторов их интенсивного загрязнения.

Пигментные частицы загрязнений отлагаются на волокнах в ре­зультате осаждения из потока воздуха или жидкости, улавливания из быстро движущегося воздуха и за счет прямого контакта с загрязнен­ной поверхностью. Так как загрязнение происходит на поверхности раздела двух фаз, с увеличением поверхности увеличивается и ко­личество поглощаемых загрязнений. Чем тоньше волокно, тем боль­ше загрязнений осаждается на поверхности волокна. Так, при изме­нении тонины волокна с 36 до 23 мкм степень загрязнения возраста­ла в три раза.

Кожный жир, жир волосяных покровов, несмотря на сродство к хи­мическим волокнам, располагается на их поверхности и проникает внутрь волокна очень медленно, при длительном контакте. Жир спо­собствует не только большему загрязнению волокна, но и более прочному удержанию пигментных загрязнений.

 

Загрязняемость тканей зависит не только от загрязняемое™ во­локон, но еще и от структуры нитей и самой ткани. Ткань подобна фильтру, на поверхности которого остается крупные частицы, внутрь проникают более мелкие. Чем плотнее ткань и ровнее ее поверхность, тем меньше Загрязняемость, но загрязнения, попавшие внутрь, уда­ляются труднее. С увеличением крутки пряжи ее плотность возраста­ет, возможность проникания загрязнений внутрь нити уменьшается.

Ткани, изготовленные из штапельных волокон, загрязняются силь­нее, чем изготовленные из комплексных нитей, но их поверхность представляется более чистой, так как загрязнения проникают внутрь ткани. Особенно много загрязнений поглощают ворсовые ткани.

Загрязняемость изделий зависит от условий носки, а также от способности ткани удерживать загрязнения. При увеличении про­должительности носки одежды масса загрязнений на ней возрастает и степень их закрепления увеличивается. Распределение загрязне­ний может быть равномерным (занавеси, гардины, ковры, одеяла, пухо-перовые изделия) и неравномерным.

Загрязнения, размещенные равномерно по всему изделию, назы­вают общими, а образовавшие отдельные пятна называют местны­ми. Особенно неравномерно загрязняется одежда. Наибольшее за­грязнение одежды происходит в местах контакта ее с кожным покро­вом: воротник, манжеты рукавов, карманы и застежки. Волокнистая пыль накапливается во внутренних швах и складках изделий.

Общие загрязнения пигментными частицами создаются в резуль­тате диффузии частиц размером до 0,1 мкм из воздуха, оседания более крупных частиц (1-2 мкм), улавливания из потока воздуха, электростатического притяжения частиц размером 0,2-0,5 мкм. Улав­ливание пигментов из потока жидкости имеет место при химической чистке и стирке изделий и воспринимается как их посерение.

Местные загрязнения в виде пятен создаются жидкостями, которые проникают в капилляры волокон, между волокнами и нитями ткани, изменяя степень рассеивания света, окраску ткани и ее оттенок.

Многолетние наблюдения за загрязняемостью одежды показали, что при ее носке в течение 50-100 ч масса загрязнений составляет 0,5-3 % массы изделия. Светлая одежда содержит меньшую массу загрязнений. Спецодежда, как правило, содержит загрязнений до 15% ее массы в зависимости от типа производства, в котором она используется.

Основной результат загрязнения изделий - изменение их свойств: снижение яркости и чистоты окраски, ухудшение гигиенических свойств, появление пятен, неприятного запаха, интенсивное разру­шение. Пигментные частицы действуют на изделия как абразивные материалы. Так, при содержании на изделиях 0,5 % почвенных пиг­ментов устойчивость шерстяных тканей к истиранию снижается на 30 %, 3 % - на 60 %. Загрязненные изделия становятся привлека­тельными для моли и микроорганизмов, так как загрязнения исполь­зуются ими для жизнедеятельности. В результате может наступить полное разрушение отдельных участков, а одежда потеряет свои по­требительские свойства.

Для объяснения загрязняемости изделий предложен ряд теорий, в которых основная роль отводилась электростатическим, химическим и механическим факторам. В действительности имеет место совме­стное действие всех этих факторов, которые часто усиливают загряз­няемость изделий при многократных циклах: носка (загрязнение) - хи­мическая чистка (стирка) изделий.

Силы, удерживающие загрязнения на волокнах, имеют химиче­скую, физическую и механическую природу.

Наиболее прочное связывание загрязнений с волокнами происхо­дит в результате образования ковалентной связи, действующей на расстоянии 0,07-0,2 нм. Энергия связей составляет для групп C-N 223,9 кДж/моль, С-С 262,8 кДж/моль, N-N 113 кДж/моль. Ковалент­ные связи образуются за счет общей электронной пары. Такие связи образуют ненасыщенные жирные кислоты, эфирные масла, смолы.

Координационные связи отличаются от ковалентных только меха­низмом образования. Общая электронная пара образуется не путем спаривания электронов, она имеется у одного из соединяющихся атомов (донора). Такие связи могут образовать таннинсодержащие и металлсодержащие вещества (соки, напитки) с волокнистыми мате­риалами.

Ионные связи возникают при загрязнении волокон, имеющих ки­слотные или основные группы, растворами, содержащими природ­ные красители, ПАВ, кислоты и основания.

Водородные связи действуют на расстоянии 0,24-0,33 нм, их энер­гия составляет 20,9-41,8 кДж/моль, они возникают между водородом и электроотрицательными атомами (О, Cl, F, N).

Силы Ван-дер-Ваальса действуют на расстоянии 0,3-0,4 нм, их энергия составляет 8,3-12,5 кДж/моль. Они бывают полярными и не­полярными (дисперсионные силы).

Жиры и масла удерживаются капиллярными силами, пигментные частицы - сорбционными и электростатическими. По способности к образованию зарядов статического электричества можно составить следующий ряд, в котором волокна, находящиеся слева, заряжаются положительно при контактной электризации в паре с любым во­локном, находящимся справа и заряжающимся отрицательно: шерсть, анид, вискозное волокно, хлопок, натуральный шелк, ацетат­ное волокно, лавсан, нитрон, поливинилхлорид, полиэтилен.

Пигментные частицы загрязнений удерживаются и механически. Чем меньше величина частиц, тем глубже внутрь ткани и пряжи про­никают они и тем прочнее удерживаются силами трения и адсорбции. Мельчайшие частицы проникают в дефектные участки поверхности волокон, более крупные располагаются между волокнами, еще более крупные частицы помещаются между нитями основы и утка. Самые большие частицы загрязнений остаются на поверхности ткани и удерживаются выступающими волокнами. Механическое удержива­ние увеличивается в присутствии жировых веществ на волокнах. Масляная пленка обусловливает адгезию за счет прилипания частиц к зажиренной поверхности, силы адгезии зависят от толщины и вяз­кости пленки масла.

 

3. Изучение загрязняемости изделий

 

Изучение загрязняемости необходимо для разработки эффектив­ных способов чистки и стирки изделий, разработки композиций уси­лителей и моющих средств, а также способов защиты изделий от различных загрязнений.

Один из наиболее надежных способов изучения и оценки загряз­няемости - проведение опытных носок, в процессе которых за одеж­дой ведут систематические наблюдения. Степень загрязнения изде­лий оценивается визуально. Однако этот способ дорог и длителен, поэтому ведется поиск лабораторных способов, имитирующих ес­тественное загрязнение изделий. С этой целью разрабатывают со­ставы загрязнителей, моделирующих естественные загрязнения, способы их нанесения на ткани и оценки.

В качестве компонентов искусственных загрязнений применяют га­зовую и ламповую сажу, графит, оксид железа, уличную и комнатную пыль, почвенные пигменты, ланолин, растительное и минеральное масло, олеиновую кислоту, остатки из дистилляторов машин химиче­ской чистки.

Для нанесения загрязнений используют их дисперсии и эмульсии в водной и органической среде, напыление, печатание тканей диспер­сией загрязнителя, обработку образцов совместно со спецодеждой в процессе стирки, обработку совместно с войлочными кубиками, предварительно загрязненными почвенными пигментами, шерстяным жиром, во вращающемся сосуде.

Степень загрязнения в лабораторных условиях оценивается весо­вым методом, измерением коэффициента отражения света чистых и загрязненных образцов на фотометрах, лейкометре, измерением ма­лых цветовых различий на компараторах цвета.

Весовой метод оценки степени загрязнения не имеет практическо­го значения, так как для заметного на глаз изменения окраски ткани достаточно нанести 0,3-0,5 % загрязнителя (от массы образца), а что­бы определить это количество на ткани, необходимо кондиционирова­ние образцов, что удлиняет (на 48 ч) продолжительность анализа.

Более доступный и простой метод оценки загрязняемости ткани - измерение коэффициента отражения света загрязненного и чистого образцов одной и той же ткани. Но этот показатель лишь относи­тельный, так как не выражает ни количества загрязнений, находя­щихся на ткани, ни визуальных изменений (состав отраженных лучей в загрязненном и чистом образцах разный).

Результаты измерений коэффициентов отражения света образца можно рассчитать по уравнению Кубелки—Мунка:

К/S =(1-Р)2/(2Р),                                          (4)

где К/S - отношение поглощенного света к отраженному; Р - степень отражения света образцом.

Степень загрязнения представляет собой разность коэффициен­тов К/S до и после загрязнений:

где Р3, Рч- коэффициент отражения света загрязненного и чистого образцов.

Степень загрязнения тканей можно выражать через добавочную оптическую плотность (ДПЗ), получаемую за счет загрязнения:

Ряд исследователей пользуется уравнением Флорио-Мерсерау:

где DC4-3 - степень загрязнения ткани (изменение белизны); DХ, DF, DZ-разница в значениях координат цвета до и после загрязнения ткани.

Д. Жужка использует уравнение

Уравнения Кубелки-Мунка и Д. Жужки применяют при оценке за­грязненности неокрашенных образцов, Флорио-Мерсерау - любых.

Следует отметить, что визуальная оценка степени загрязнения не всегда совпадает с инструментальной. В производственных условиях принята только визуальная оценка изделий по степени загрязнения.

Были получены следующие значения степени загрязнения DС4-3 тканей, выработанных из различных волокон, при загрязнении:

Таким образом, по степени загрязнения сухими почвенными за­грязнителями ткани можно расположить в следующий возрастающий ряд: ацетатная, полиакрилонитрильная, шерстяная, триацетатная, из вискозного волокна, нейлона, полиэфирная, полипропиленовая. Так как структура тканей одинакова, полученный ряд характеризует свойства волокон.

По загрязняемости шерстяным жиром ткани можно расположить, в следующий возрастающий ряд: шерсть, полиэфирная, полипропиле­новая, вискозная, нейлоновая, полиакрилонитрильная, ацетатная, триацетатная. При загрязнении волокон из водной среды было уста­новлено, что гидрофобные волокна (типа лавсана, терилена, поли­пропилена) поглощают больше жиров, чем гидрофильные (хлопок, медно-аммиачное, ацетатное) волокна (рис. 20). Наблюдается по­желтение нейлона.

 

Рис. 20. Загрязняемость из водной среды волокна:
1 - териленового; 2 - нейлонового 6,6; 3 - капронового; 4 - триацетатного; 5 - медно-аммиачного; 6 - хлопкового

В табл. 20 приведены данные о загрязняемое™ волокон в среде перхлорэтилена, содержащего 0,5 г/л пигментных частиц (А), по 0,5 г/л жира и пигментных частиц (В), по 0,5 г/л жира и пигментных час­тиц в присутствии 5 г/л усилителя и 0,5 г/л воды (С), по 0,5 г/л жира и пигментных частиц в присутствии 40 г/л усилителя и 4 г/л воды (D). Из таблицы видно, что в среде перхлорэтилена сильнее загрязняется хлопок. Присутствие усилителя и воды способствует снижению за­грязняемое™ всех волокон, однако при высоком содержании усили­теля и воды загрязняемость вновь возрастает.

Таблица 20

Загрязняемость волокон в среде перхлорэтилена*

* Загрязняемость представлена отношением lg 3,/Р4)103.

Рис. 21. Влияние N числа циклов загрязнение-чистка
на степень загрязнения ковров:
1 - из полиакрилонитрильного волокна; 2 - из шерсти

Изучение загрязняемое™ ковровых изделий при многократных циклах загрязнение-чистка (шампунированием) показало преимуще­ство шерстяных ковров перед коврами из полиакрилонитрильного волокна (рис. 21). Перед первым циклом чистки оба вида ковров имели близкую степень загрязнения, но после чистки загрязненность ковров из полиакрилонитрильного волокна по сравнению с шерстя­ными возросла в 3-4 раза и продолжала увеличиваться с увеличени­ем длительности эксплуатации [26].

Одежда, изготовленная из тканей с водоотталкивающей и проти- возагрязняющей отделкой, способна к большему поглощению сухих почвенных загрязнений (табл. 21).

Таблица 21

Загрязняемость, %, изделий из шерстяных тканей с масло-
и водоотталкивающей отделкой

Изучение влияния электростатических явлений на загрязняемость тканей показало, что большинство частиц загрязнений не обладает зарядами и поэтому не может притягиваться к ткани. Силы трения и другие воздействия могут возбуждать на частицах пыли временные статические заряды. Если такие частицы приблизятся к ткани, они будут притягиваться ею до непосредственного контакта. Как показали результаты исследования образцов белой хлопчатобумажной ткани, предварительно заряженной и незаряженной, помещенных в камеру с загрязненным воздухом на несколько дней, наиболее быстро за­грязняются заряженные образцы, особенно положительными заря­дами (рис. 22).

Рис. 22. Загрязняемость хлопчатобумажной ткани в зависимости
от величины электростатического заряда

Загрязняемость шерстяных тканей увеличивается с увеличением в них содержания жира. Если при содержании 0,5 % жира загрязняе­мость ткани сухими почвенными загрязнителями принять за 100 %, то при содержании жира, равном 2,5 %, она составит 157 %.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

  1. К какому классу загрязнений относятся олеиновая и уксусная ки­слоты?
  2. К какому классу загрязнений относятся натриевые соли карбо­новых кислот, глицерин, глицериды, высшие жирные кислоты?
  3. Назовите приборы, применяемые для определения загрязнен­ности текстильных изделий и оцените их.
  4. Какова цель разработки рецептур и способов искусственного за­грязнения тканей?

Text.ru - 100.00%
Text.ru - 95.81%


0 комментариев Обновить