Studiuj dzięki licznym zasobom udostępnionym na Docsity
Zdobywaj punkty, pomagając innym studentom lub wykup je w ramach planu Premium
Przygotuj się do egzaminów
Studiuj dzięki licznym zasobom udostępnionym na Docsity
Otrzymaj punkty, aby pobrać
Zdobywaj punkty, pomagając innym studentom lub wykup je w ramach planu Premium
Społeczność
Odkryj najlepsze uniwersytety w twoim kraju, według użytkowników Docsity
Bezpłatne poradniki
Pobierz bezpłatnie nasze przewodniki na temat technik studiowania, metod panowania nad stresem, wskazówki do przygotowania do prac magisterskich opracowane przez wykładowców Docsity
Obróbce wstępnej poddawane są wyroby z włókien sztucznych i syntetycznych, zarówno w postaci przędzy, jak i tkanin oraz dzianin, w celu przygotowania ich do ...
Typologia: Ćwiczenia
1 / 138
Pobierz cały dokument
poprzez zakup abonamentu Premium
i zdobądź brakujące punkty w ciągu 48 godzin
Autorzy:
dr inż. Jadwiga Sójka-Ledakowicz dr inż. Bogumił Gajdzicki dr inż. Waldemar Machnowski dr inż. Renata Żyłła mgr inż. Joanna Lewartowska Katarzyna Grzywacz mgr inż. Ewa Strzelecka-Jastrząb
Ministerstwo Środowiska Warszawa, wrzesień 2003 r
Przedstawione Państwu opracowanie wykonane zostało w ramach trójstronnej umowy
zawartej pomiędzy Narodowym Funduszem Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej,
Ministerstwem Środowiska a Instytutem Ochrony Środowiska w Warszawie.
Realizacja pracy odbywała się we współpracy z Instytutem Ekologii Terenów
Uprzemysłowionych w Katowicach, Instytutem Włókiennictwa w Łodzi, Ośrodkiem
Produkcyjno Wdrożeniowym „Ekochem” Sp. Z o.o. w Szczecinie, pod kierunkiem Instytutu
Ochrony Środowiska w Warszawie, który pełnił rolę koordynatora.
Podstawowym celem tego opracowania jest charakterystyka technologiczna przemysłu
włókienniczego w Unii Europejskiej.
Ww. charakterystyka objęła:
− przegląd technologii i instalacji w krajach Unii Europejskiej − ocenę technologii w aspekcie bazy surowcowej, materiałochłonności, energochłonności − przegląd metod i instalacji ograniczania emisji substancji do środowiska − zestawienie źródeł emisji oraz rodzajów i ilości substancji wprowadzanych do środowiska − wymagania prawne w zakresie ograniczania i kontroli emisji w krajach UE − standardy emisyjne w krajach UE − najlepsze dostępne techniki rekomendowane przez Komisję Europejską
W ramach opracowania dokonano przeglądu dokumentu referencyjnego w sprawie
najlepszych dostępnych technik w przemyśle włókienniczym: ”Textile processing”
opracowanego przez Techniczną Grupę Roboczą przy Europejskim biurze IPPC w Sewilli,
raportów opracowanych przez stowarzyszenia producentów oraz organizacje
międzynarodowe w tym UNECE, OECD, CEFIC, dyrektyw UE oraz rekomendacji
dotyczących BAT i BEP zawartych w PARCOM 94/5.
konkretnego wyrobu włókienniczego – mogą w ogóle nie być wykonywane; inne zaś (pranie, suszenie) mogą być powtarzane kilkakrotnie podczas realizacji procesu produkcyjnego.
1.2. Zarys mechanicznych procesów przetwarzania surowców włókienniczych 1.2.1. Wytwarzanie przędzy Pierwszym procesem, jakiemu podlegają włókna naturalne oraz cięte (odcinkowe) włókna chemiczne jest przetwarzanie ich w postać przędzy. Dokonuje się tego w wyniku poddania masy luźnych włókien operacjom mechanicznym, poprzedzającym proces przędzenia (rozluźnianie, mieszanie i zgrzeblenie włókien), a następnie przędzeniu właściwemu. Istnieją dwa podstawowe systemy przędzenia:
Aspekt środowiskowy operacji przędzalniczych Kolejne operacje prowadzące do wytworzenia przędzy, którym poddawane są włókna w stanie suchym, nie powodują, w czasie trwania tych operacji, praktycznie żadnych skutków środowiskowych w odniesieniu do wody (ścieków) i powietrza. Należy jednak odnotować, że podczas operacji przędzalniczych stosowane są substancje chemiczne, które nanosi się na włókna w ilości 2-5% w celu bezzakłóceniowego przebiegu kolejnych etapów procesu wytwarzania przędzy. Powszechnie stosuje się kilka rodzajów trudnodegradowalnych związków chemicznych, m.in. oleje mineralne i silikonowe, wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, które w etapie obróbki wykończalniczej zostają całkowicie usunięte z przędzy, bądź też z wytworzonej z niej tkaniny lub dzianiny. Najczęściej usuwanie ww. preparacji przędzalniczych następuje w wyniku obróbki materiału tekstylnego w wodnych kąpielach piorących, a to oznacza przedostawanie się tych substancji do ścieków. W licznych przypadkach tkanina lub dzianina, zanim poddana zostanie operacji prania, podlega wysokotemperaturowej obróbce termicznej. Wówczas substancje znajdujące się na wyrobie, naniesione w procesie przędzenia, ulegają degradacji termicznej i jako lotne produkty rozpadu stanowią zanieczyszczenie powietrza odlotowego.
1.2.2. Wytwarzanie płaskich wyrobów włókienniczych (tkanin i dzianin) Przędza stanowi materiał wyjściowy do produkcji dwóch podstawowych asortymentów płaskich wyrobów włókienniczych – tkanin i dzianin.
Wytwarzanie tkanin
Przygotowanie przędzy do przerobu na krosnach, w celu wytworzenia tkaniny, wymaga wykonania operacji wstępnej, tzw. klejenia osnów. Operacja ta polega na naniesieniu na przędze osnowowe substancji, które zapewniają zwiększenie ich wytrzymałości na naprężenia rozciągające powstające w czasie procesu tkania, co w efekcie zapewnia odpowiednio wysoką wydajność tego procesu. Stosowane są dwa podstawowe rodzaje tych substancji, nazywanych również klejonkami tkackimi lub, częściej, klejonkami. Są to:
Aspekt środowiskowy procesów tkackich Skutki środowiskowe procesów tkackich, a dokładniej – skutki operacji klejenia przędz osnowowych, ujawniają się w oddziale wykończalni, gdy surowa tkanina poddawana jest tzw. obróbce wstępnej, mającej na celu możliwie całkowite usunięcie z niej klejonek tkackich. Jest ono warunkiem koniecznym, umożliwiającym właściwe, skuteczne przeprowadzenie następnych operacji wykończalniczych, takich jak bielenie, barwienie, drukowanie, czy apreturowanie tkaniny. Klejonki usuwane są z surowych tkanin w wyniku operacji prania (odklejania) w kąpielach wodnych, co powoduje, że w efekcie przedostają się do ścieków, stanowiąc bardzo duże ich obciążenie. Szacuje się, że przeciętnie 30-70% ładunku zanieczyszczeń ścieków powstających w przemyśle włókienniczym jest spowodowany obecnością w tych ściekach klejonek tkackich. Stąd też wiele uwagi poświęca się technikom umożliwiającym odzyskiwanie klejonek (szczególnie syntetycznych) z kąpieli piorących w celu ponownego ich wykorzystania.
Wytwarzanie dzianin Przędza przeznaczona do wytwarzania dzianin poddawana jest specjalnemu przygotowaniu poprzez nanoszenie preparacji poślizgowych w celu ograniczenia naprężeń w procesie dziania, wynikających z tarcia pomiędzy przędzą i elementami prowadzącymi maszyny oraz igłami dziewiarskimi. Prawidłowy przebieg operacji dziania wymaga również użycia olejów mineralnych do smarowania igieł dziewiarskich. Substancje te przenoszone są na wytwarzane dzianiny w ilości zależnej od rodzaju maszyny i prędkości procesu. Zwykle stanowią 0,3-1% masy wyrobu dziewiarskiego. Proces dziania, jako mechaniczne przetwarzanie przędzy w płaski wyrób włókienniczy, nie powoduje praktycznie żadnych negatywnych skutków środowiskowych.
1.3.3 Aspekt środowiskowy prania wstępnego wełny surowej Pranie wstępne włókien wełny surowej powoduje duże zagrożenia środowiskowe, przejawiające się głównie zanieczyszczeniem ścieków. Na skutek tej operacji do ścieków przedostają się m.in.:
1.4 Procesy chemicznej obróbki wyrobów włókienniczych – stosowane technologie i urządzenia 1.4.1 Obróbka wstępna Jednostkowym operacjom technologicznym, składającym się na obróbkę wstępną, mogą być poddawane wszystkie surowce włókiennicze na różnych etapach przetworzenia, tj. w formie luźnych włókien, przędzy oraz tkanin i dzianin. Celem tego etapu wykończenia wyrobów włókienniczych jest usunięcie naturalnych zanieczyszczeń włókien oraz tych wszystkich substancji chemicznych, nanoszonych na wyroby we wcześniejszych fazach przerobu (w procesie przędzenia, tkanin, dziania), które mogłyby utrudnić przebieg dalszych operacji wykończalniczych takich jak: bielenie, barwienie, apreturowanie. Wyrobom włókienniczym należy nadać odpowiedni, równomierny poziom zdolności sorpcyjnej m.in. w odniesieniu do barwników i/lub środków apreterskich. Dobór i kolejność operacji jednostkowych uzależniony jest od rodzaju surowca (bawełna, wełna, włókna chemiczne) i formy wyrobu (przędza, tkanina, dzianina).
Wyroby z włókien bawełny i innych włókien celulozowych
Obróbka wstępna tego ważnego asortymentu tekstyliów (m.in. tkanin bawełnianych i poliestrowo-bawełnianych, wyrobów ze sztucznych włókien celulozowych oraz ich mieszanek z włóknami syntetycznymi) należy do najbardziej złożonych, energo- i wodochłonnych procesów wykończalniczych o wyraźnie negatywnym oddziaływaniu na środowisko. Wykonywane są tu następujące operacje jednostkowe:
Opalanie dokonywane w tzw. opalarkach poprzez szybkie przeprowadzenie wyrobu nad płomieniem palnika gazowego, ma na celu usunięcie wszelkich włókien elementarnych oraz fragmentów przędzy wystających ponad powierzchnię wyrobu.
Odklejanie ma na celu usunięcie z tkanin klejonek tkackich. Stosowane metody odklejania uwarunkowane są rodzajem klejonki, którą należy usunąć z tkaniny. W przypadku klejonek
skrobiowych stosowane jest odklejanie enzymatyczne , polegające na użyciu środków enzymatycznych do degradacji skrobi w celu ułatwienia jej usunięcia z tkaniny. Operacje odklejania enzymatycznego dokonywane są metodą napawanie-parowanie ( pad-steam ), a także metodą okresową (np. w barwiarkach zwrotnych) oraz metodą pad-batch. W przypadku rozpuszczalnych w wodzie klejonek syntetycznych, do ich usunięcia z tkaniny wystarczy zazwyczaj pranie w kąpieli wodnej zawierającej węglan sodowy i środki zwilżające. Proces prania przeprowadzany jest zwykle w pralnicach szerokościowych, ale stosowana jest również metoda napawanie-parowanie ( pad-steam ).
Merceryzacja ma na celu zwiększenie wytrzymałości na rozciąganie i poprawę stabilności wymiarowej oraz nadanie połysku wyrobom bawełnianym. Operacja ta powoduje również poprawę właściwości sorpcyjnych włókien bawełny. Dokonywana jest zwykle w odniesieniu do tkanin i dzianin, rzadziej – przędzy. Najczęściej stosowaną metodą merceryzacji jest obróbka wyrobu bawełnianego, w stanie naprężonym, w roztworze wodorotlenku sodowego o stężeniu 270-300 g/l w temperaturze 10-20ºC w czasie 40-50 sekund. Alternatywą wyżej określonego procesu merceryzacji jest obróbka tekstyliów bezwodnym ciekłym amoniakiem, prowadząca do uzyskiwania podobnych efektów. Znacznie bardziej rozpowszechnioną metodą merceryzacji jest technologia z zastosowaniem wodorotlenku sodowego. Technologia polegająca na obróbce ciekłym amoniakiem stosowana jest w Europie jedynie w kilku zakładach.
Bielenie wyrobów z włókien celulozowych ma na celu usunięcie naturalnej barwy włókien bawełny, lnu, konopi, spowodowanej obecnością na tych włóknach barwnych zanieczyszczeń, których nie można usunąć na drodze prania. Operacja bielenia może być pominięta w przypadku, gdy wyrób przeznaczony jest do barwienia na ciemne kolory. Jeśli natomiast wyrobowi nadawany jest jasny kolor, lub w ogóle nie jest przewidywane jego barwienie, wykonanie operacji bielenia jest niezbędne. Bieleniu poddawane są tekstylia zarówno w postaci przędzy, tkanin i dzianin. Najczęściej stosowanymi środkami bielącymi są:
Bielenie wełny polega na obróbce nadtlenkiem wodoru (H 2 O 2 ). Niekiedy, dla uzyskania szczególnie wysokiego stopnia bieli, dodatkowo przeprowadza się bielenie środkiem redukcyjnym, stosując hydrosulfit.
Wyroby z włókien chemicznych
Obróbce wstępnej poddawane są wyroby z włókien sztucznych i syntetycznych, zarówno w postaci przędzy, jak i tkanin oraz dzianin, w celu przygotowania ich do należytego przeprowadzenie dalszych operacji wykończalniczych, takich jak barwienie, drukowanie, apreturowanie.
Pranie wstępne ma na celu usunięcie z tych wyrobów preparacji przędzalniczych i dziewiarskich, klejonek tkackich i innych chemicznych środków pomocniczych nanoszonych na nie we wcześniejszych etapach przerobu. W operacji prania wstępnego tego asortymentu surowcowego tekstyliów usuwane są także różne substancje nanoszone na włókna (np. środki antyelektrostatyczne) lub powstające w fazie wytwarzania włókien (niskocząsteczkowe oligomery, monomery).
Jeśli bezpośrednio po praniu wstępnym następuje barwienie wyrobu metodą okresową (co jest praktycznie regułą w przypadku przędzy, ale również często stosowane dla tkanin i dzianin), wówczas operacja prania przeprowadzana jest w tym samym aparacie barwiarskim, w którym dokonywane jest barwienie wyrobu. Są to aparaty do barwienia przędzy w nawojach oraz barwiarki dyszowe lub nawojowe do barwienia tkanin i dzianin.
Stabilizacja termiczna (termostabilizacja) jest ważną operacją obróbki wstępnej, zapewniającą tkaninom i dzianinom stabilność kształtu w dalszych etapach wykończenia oraz podczas użytkowania tych wyrobów. Polega ona na obróbce termicznej wyrobu w środowisku gorącego powietrza; dokonywana jest w tzw. suszarko-stabilizerkach, umożliwiających prowadzenie wyrobu przez komory grzejne w stanie rozprostowanym, przy pełnej kontroli szerokości. W zależności od przyjętego procesu produkcyjnego, możliwe są następujące umiejscowienia operacji termostabilizacji w procesie technologicznym:
Aspekt środowiskowy obróbki wstępnej tekstyliów
Największy wpływ operacji obróbki wstępnej wyrobów włókienniczych na środowisko przejawia się w odniesieniu do ścieków. Wodochłonność tych operacji idzie w parze z silnym zanieczyszczaniem wody technologicznej wieloma rodzajami, często trudnodegradowalnych, związków chemicznych. Do najważniejszych z nich, niezależnie od składu surowcowego wyrobu włókienniczego, należą: klejonki tkackie, preparacje przędzalnicze i dziewiarskie (np. oleje silikonowe). Ponadto obróbka wstępna poszczególnych asortymentów surowcowych tekstyliów prowadzi do powstawania specyficznych zagrożeń środowiskowych:
siarkowego,
1.4.2 Barwienie Ogólna charakterystyka stosowanych metod barwienia
Spośród ogólnej ilości wytwarzanych wyrobów włókienniczych jedynie niewielka część trafia do użytkownika nie poddana barwieniu. Pozostała, nieporównanie większa część tekstyliów, podlega barwieniu na jednym z etapów procesu wytwarzania. Operacji tej poddaje się:
Metody okresowe (kąpielowe) Te metody barwienia, zwane również barwieniem wyciągowym, polegają na trwającej pewien czas obróbce materiału tekstylnego w wodnym roztworze barwnika (kąpieli barwiarskiej). Wysoka temperatura kąpieli barwiarskiej oraz obecność w niej chemicznych środków pomocniczych stwarzają odpowiednie warunki do dyfuzji cząsteczek barwnika do powierzchni włókien, a następnie do dyfuzji/migracji tych cząsteczek w wewnętrznych obszarach włókna.
kąpieli zapewniała uzyskanie oczekiwanego efektu wybarwienia wyrobu. W następnym etapie, metodą termiczną (oddziaływanie pary lub gorącego powietrza) lub chemiczną uzyskuje się trwałe związanie barwnika z surowcem barwionego wyrobu tekstylnego. Końcowym etapem w tych metodach barwienia jest pranie mające na celu usunięcie z wyrobu nieutrwalonych cząsteczek barwnika i różnego rodzaju środków pomocniczych naniesionych na ten wyrób wraz z kąpielą barwiarską. W metodach ciągłych kolejne etapy procesu barwienia (napawanie, utrwalanie, pranie) przebiegają nieprzerwanie, kolejno po sobie; natomiast w metodach półciągłych, po napawaniu (prowadzonym sposobem ciągłym) następuje przerwanie procesu – utrwalanie i pranie są operacjami niezależnymi od napawania. Podstawowym parametrem procesowym obu tych metod jest wskaźnik naniesienie kąpieli (ang. wet pick-up), określający, wyrażoną w procentach, zawartość kąpieli w wyrobie włókienniczym po napawaniu. Barwienie wyrobów z włókien celulozowych
Barwieniu poddawane są zarówno tkaniny i dzianiny bawełniane oraz lniane, jak też przędze i luźne włókna. W ostatnich latach najczęściej stosowaną grupą barwników do tego asortymentu surowcowego są barwniki reaktywne. Barwniki bezpośrednie, a tym bardziej kadziowe i siarkowe, odgrywają znacznie mniejszą rolę.
Włókna bawełny, przędza oraz dzianiny bawełniane barwione są, praktycznie wyłącznie, metodą okresową. Stosowane są tu zarówno barwniki reaktywne, jak i bezpośrednie. W przypadku obu tych grup barwników, a szczególnie barwników reaktywnych, w celu zwiększenia ich sorpcji, nieodzowne jest stosowanie alkaliów (NaOH lub Na 2 CO 3 ) oraz znacznych ilości soli (NaCl, Na 2 SO 4 ). Uzyskanie intensywnych wybarwień barwnikiem reaktywnym o niskim powinowactwie do włókna celulozowego wymaga dodania do kąpieli barwiarskiej soli w ilości odpowiadającej nawet stężeniu 100 g/l. Po etapie sorpcji barwnika przez substrat włókienniczy następuje spust kąpieli barwiarskiej (z pewną ilością barwnika nie zaadsorbowanego przez włókno) do ścieków. Ostatnim etapem barwienia jest pranie i ewentualna obróbka końcowa (np. zmiękczanie) wybarwionego wyrobu.
Barwienie metodą ciągłą i półciągłą
Metody ciągłe odgrywają największą rolę w barwieniu tkanin z włókien celulozowych. Powszechnie znana metoda napawanie-parowanie (ang. pad-steam ) wykorzystywana jest w przypadku wszystkich grup aplikacyjnych barwników, stosowanych do barwienia tych tkanin. Na proces barwienia tkanin bawełnianych barwnikami reaktywnymi metodą pad-steam składają się następujące operacje:
Chemiczne środki pomocnicze stosowane w barwieniu
Proces barwienia, w zależności od użytej grupy barwników i przyjętej metody, wymaga stosowania wielu różnych chemicznych środków pomocniczych. W tabeli 2 zestawiono środki chemiczne najczęściej stosowane do barwienia wyrobów z włókien celulozowych oraz podano ich podstawowe funkcje w tym procesie.
Tabela 1. Chemiczne środki pomocnicze stosowane w barwieniu wyrobów z włókien celulozowych
Grupa barwników
Chemiczne środki pomocnicze / cel stosowania Metoda barwienia
Reaktywne
Bezpośrednie
Kadziowe
Kwasowo- chromowe
okresowa (metoda chromowania następczego )
Metalo- kompleksowe 1:
Metalo- kompleksowe 1:
Reaktywne
Barwienie wyrobów z włókien syntetycznych
Wyroby z włókien poliamidowych (PA)
Wyroby z włókien poliamidowych (PA) barwią się stosunkowo łatwo kilkoma grupami barwników – barwnikami zawiesinowymi, kwasowymi, metalokompleksowymi i reaktywnymi. Barwienie tkanin i dzianin PA poprzedzone jest zwykle operacją wstępnej stabilizacji termicznej, wykonywaną w suszarkach ramowych, w celu zwiększenia odporności wyrobu na powstawanie zagnieceń (załamków) w warunkach procesu barwienia. Niezależnie od postaci wyrobu PA (przędza, tkanina, dzianina) oraz stosowanych barwników, barwienie dokonywane jest metodą okresową. Stosowanie barwników zawiesinowych do włókien PA jest ograniczone do wybarwień o małej intensywności (do jasnych odcieni). Powszechnie stosowane są natomiast barwniki kwasowe. Uzyskanie odpowiedniej jakości (równomiernego) wybarwienia wyrobu z włókien PA wymaga ścisłej kontroli pH i temperatury podczas procesu, a także stosowania środków wyrównujących. Z grupy barwników metalokompleksowych największą przydatność do barwienia omawianego surowcowego asortymentu tekstyliów wykazują barwniki metalokompleksowe 1:2. Chemikalia i środki pomocnicze stosowane najczęściej w operacji barwienia wyrobów z włókien PA podano w tabeli 1.4. Wyroby z włókien poliestrowych (PES)
Budowa chemiczna włókien poliestrowych (PES) powoduje, że są one trudno barwiącym się surowcem. Wymagają stosowania warunków wysokotemperaturowych (HT), 120-135°C. W
przeszłości barwienie włókien PES odbywało się tzw. metodą przenośnikową, polegającą na obróbce w kąpieli barwiarskiej (o temperaturze 100°C), zawierającej specjalne związki ( przenośniki, ang_. carriers_ ) ułatwiające dyfuzję barwników zawiesinowych do wnętrza włókna. Z uwagi na stwierdzoną szkodliwość zdrowotną i środowiskową przenośników, metoda ta nie jest obecnie stosowana. Wyroby z włókien PES barwione są w większości metodą okresową. W przypadku tkanin znalazła zastosowanie również metoda ciągła (proces Thermosol), polegająca na:
Wyroby z włókien poliakrylonitrylowych (PAN)
Wyroby z włókien poliakrylonitrylowych (PAN) można barwić barwnikami zawiesinowymi i kationowymi. Przędzę w formie motków i nawojów, a także tkaniny barwi się metodą okresową. Barwniki zawiesinowe stosuje się dla uzyskania jasnych odcieni; włókna PAN zabarwiają się z dostateczną wydajnością w temperaturze poniżej 100°C, bez użycia przenośników. Aplikacja barwników kationowych odbywać się może metodą okresową (kąpiel barwiarska zawiera niejonowe środki dyspergujące oraz środki opóźniające sorpcję barwników - ang. retarding agents ) oraz metodą ciągłą pad-steam. Chemiczne środki pomocnicze używane do barwienia wyrobów z włókien PAN podano w tabeli 1.4.
Aspekt środowiskowy procesów barwienia Realizacja barwienia wyrobów włókienniczych, niezależnie od poddawanego tej obróbce surowca, stosowanej metody oraz grupy barwników, prowadzi do powstawania kilku rodzajów zagrożeń środowiskowych. Są to przede wszystkim:
