Химическая технология текстильных материалов - Эмиль Вознесенский

Естественные природные красители использовались в промышленном масштабе вплоть до 60–70-х годов XIX века. Только изобретение анилиновых красителей окончательно вытеснило старые способы крашения. Интересно, что в это время и по всему Востоку распространяются искусственные красители. Ни закон персидского правительства, запрещавший их ввоз, ни распоряжения прекратить работу на тех фабриках, где они применялись, не могли тому воспрепятствовать. Жестокое наказание – отсекать правую руку каждому красильщику, кто прибегал к химии, – скоро было предано забвению, а после первой мировой войны химические красители вошли уже в общее употребление. Однако древние методы сохраняются и в настоящее время в ковроделии и при выработке других художественных изделий ручным способом.

Натуральные красители для текстильных волокон извлекают из высушенного природного сырья: коры, корней, древесины, листьев, плодов, насекомых – путем вываривания их в воде. Исключение составляет только синий краситель индиго, который в воде не растворяется.

Большинство красящих веществ, содержащихся в природном сырье, требует для прочного соединения с волокном обработки ткани или пряжи солями различных металлов, главным образом алюминия, меди, хрома, железа и олова. Соли этих металлов хорошо поглощаются текстильными материалами из водных растворов и при крашении, соединяясь с красителями, образуют на волокнах прочные цветные соединения разных оттенков, называемые лаками.

Нанесение солей металлов на текстильные волокна называется в технике крашения протравливанием, а соли металлов – протравами.

Крашение не растворимым в воде индиго имеет особую технологию и называется кубовым крашением. Сущность кубового крашения заключается в том, что индиго в щелочной ванне в присутствии восстановителей переходит в растворимую форму, называемую лейкосоединением. В светло-желтый щелочной раствор лейкосоединения – куб – погружают ткань или пряжу, которую затем развешивают на воздухе, где она превращается из желто-зеленоватой в синюю, за счет окисления лейкосоединения кислородом воздуха. При окислении лейкосоединение превращается на волокне в исходный нерастворимый краситель синего цвета – индиго.

Зеленые тона получали в древности окрашиванием ткани или пряжи индиго в голубые или синие цвета, а затем желтым красителем, экстрагированным из растений. Таким же образом по окраске индиго получали лиловые и фиолетовые тона, окрашивая синие ткани в красный цвет.

Дальнейшее развитие технологии колорировании текстиля связано с успехами в области получения искусственных красителей из природного сырья и, в частности, анилиновых из индиго (1826 г.). К 60 м годам XIX в. относится появление азокрасителей, наиболее распространенного в настоящее время класса синтетических красителей. В XIX в. развитие красильного дела идет параллельно с прогрессом техники машинного печатания тканей. В начале XX в. тенденцией развития текстильных машин является предельная автоматизация и стремление проникнуть во все звенья производственного цикла, где еще сохранились элементы ручного труда. Электричество широко внедряется в работу исполнительных органов машин. К настоящему времени крашение тканей представляет собой высокопроизводительную автоматизированную промышленную технологию.

Набивка и аппретирование ткани

Обычно ткани после ткачества подвергались ряду аппретурных операций, имевших целью придать материи гладкость и определенный цвет. В древнем Риме в I в. н.э. для обработки тканей употребляли различные виды мела и серы. Добывавшийся в Сардинии сардинский мел шел на аппретуру белых (льняных) материй, при отделке разноцветных тканей применялся кимольский мел, для лощения одежд служил наиболее дорогой сорт умбрийского мела, называвшегося камнем. В средневековой Европе аппретирование льняных тканей сводилось к белению сушке и лощению (разглаживанию) под винтовым прессом.

В мануфактурный период для аппретирования полотняных тканей применяются элементарные машины в виде прессов и лощильных аппаратов (роллов). Примером пресса того времени можно считать винтовой пресс, применявшийся на итальянских мануфактурах конца XVI в. и винтовой пресс Большой Ярославской мануфактуры середины XVIII в., служившие для сглаживания полотен и для придания им глянцевости. Здесь рабочий при помощи крюка и деревянной колодки или длинного стержня производил вращение винта вверх и вниз, т.е. выполнял чисто двигательную функцию.

В отличие от пресса ролл представлял собой вертикальный круглый столб, рабочий вал которого производил лощение ткани путем ее прокатки. На русских мануфактурах XVIII в. роллы приводились в движение силой животных.

В дальнейшем для каландрирования и лощения стали применять каландры, сначала в виде тяжелых подвижных валов в первой половине XVIII в., в последствии с середины XVIII в. – по принципу прокатного стана, в виде двух нагреваемых металлических валов с регулируемым давлением прижима. Отличие лощильного аппарата от каландра заключалось в том, что он имел своим назначением отделку уже готовой набитой ткани, наведение на нее глянца.

Последние звенья технологического процесса текстильного производства представляли действительный образец централизованной формы мануфактуры. Если приготовительные операции, прядение и часто ткачество осуществлялись мелкими производителями, работавшими на дому и объединенными купцомпредпринимателем, то технические особенности аппретурных операций почти всегда требовали концентрации средств производства и рабочей силы в одном помещении. Это относится в особенности к ситценабивным мануфактурам, получающим развитие в Западной Европе с конца XVII в.

Первое предприятие такого рода возникло в Голландии в 1678 г. Первая крупная ситценабивная мануфактура в Англии возникла в 1690 г. в г. Ричмонд. Центром ситцепечатного дела становится г. Аугсбург, одно из предприятий которого имело около 3500 рабочих и выпускало в год 70 000 кусков ситца. К этому же времени относится появление первых, организованных иностранцами ситценабивных мануфактур в России (в 1755–1767 гг.).

Основными участками аппретурных предприятий были: белильное производство, красильное производство, печатание тканей (преимущественно льняных и хлопчатобумажных), каландрирование и лощение материй. Сложное и дорогое оборудование, сырые, материалы, необходимые для этих процессов, требовали организации производства в крупном масштабе и придавали ему ярко выраженный капиталистический характер. Необходимость использования гидравлического двигателя для целей беления и приведения в действие тяжелых каландров и лощильных аппаратов определило географическую локализацию этих предприятий, концентрировавшихся, как и металлургические заводы, преимущественно на берегах рек.

Современная технология заключительной отделки тканей во многом основана на исторически устоявшихся принципах, также используются каландры и прессы. Отличительной особенностью современного этапа является высокий уровень механизации и автоматизации техники, применение механизированной сушки, ширения, стрижки, декатировки и др.

1.4. Особенности строения и свойств текстильных волокон

Сырьем для текстильного производства являются волокна и нити. Особенности строения и свойств волокон определяют выбор технологии ткачества и химической отделки.

По источникам происхождения текстильные волокна подразделяют на натуральные и химические. По происхождению волокнообразующего вещества натуральные волокна подразделяют на три подкласса: растительного, животного и минерального происхождения. Химические волокна подразделяют на искусственные и синтетические.

Натуральные волокна

Различают природные волокна растительного (хлопок, лен, джут) и животного (шерсть, шелк) происхождения. Главным образом они используются для изготовления текстильных изделий. В основе природных растительных волокон лежит целлюлоза, волокнообразующими полимерами волокон животного происхождения являются белки. Натуральные волокна обладают чрезвычайно развитой микроструктурой и высокой гигроскопичностью.

Хлопок

Хлопок – это волокна, покрывающие семена растений хлопчатника. Хлопчатник – однолетнее растение высотой 0,6–1,7 м, произрастающее в районах с жарким климатом. Основным веществом (94–96 %), из которого состоит хлопковое волокно, является целлюлоза. Хлопковое волокно нормальной зрелости под микроскопом имеет вид плоской ленточки со штопорообразной извитостью и с каналом, заполненным воздухом. Один конец волокна со стороны его отрыва от семени хлопчатника открыт, другой, имеющий коническую форму, закрыт.

Количество волокна зависит от степени его зрелости. Хлопковым волокнам присуща извитость. Волокна нормальной зрелости имеют наибольшую извитость – 40–120 извитков на 1 см. Длина хлопкового волокна колеблется от 1 до 55 мм. В зависимости от длины волокон хлопок делят на: