Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
13
ХЕРСОНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ОХРІМЕНКО ОЛЕНА ВІКТОРІВНА
УДК 677.023.75
Розробка ресурсозберігаючої технології
шліхтування бавовняної пряжі
05.19.03 –технологія текстильних матеріалів
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Херсон –
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Херсонському державному технічному університеті Міністерства освіти і науки України.
|
Науковий керівник: |
доктор технічних наук, професор Сльозко Григорій Федорович, Херсонський державний технічний університет, завідувач кафедри технічної хімії і харчових технологій |
Офіційні опоненти:
доктор технічних наук, професор Чугін Валерій Віталійович, Херсонський державний технічний університет, професор кафедри механічної технології волокнистих матеріалів
доктор технічних наук, старший науковий співробітник Поліщук Степан Олександрович, ВАТ “Барвник”, м. Рубіжне, Луганської обл., начальник відділу маркетингу
Провідна установа:
Львівська комерційна академія, кафедра товарознавства непродовольчих товарів, Центральна спілка споживчих товариств України, м. Львів
Захист відбудеться “20” червня 2002 р. о 13.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради
Д 67.052.02 в Херсонському державному технічному університеті за адресою: Україна, 73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24, корпус 1.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Херсонського державного технічного університету (Україна, 73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24).
Автореферат розісланий 17 травня 2002
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Сумська О.П.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Текстильна галузь України переживає серйозні труднощі, пов’язані не тільки з відсутністю сировини, але й з енергетичною кризою у нашій країні. Текстильне виробництво є енерго- та матеріалоємним і вимагає великих витрат, насамперед, на пару й воду. Проблеми з енергоносіями призводять часом до зупинки цілих фабрик, тому одним з істотних факторів розвитку текстильної промисловості на сучасному етапі є енергозбереження.
При підготовці ниток до ткацтва найбільш енерго- та матеріалоємною є стадія шліхтування, воно проводиться винятково для зниження обривності пряжі та прямо пов'язано з ефективністю ткацького виробництва.
На вітчизняних підприємствах текстильної промисловості для шліхтування основ бавовняної пряжі значне місце за обсягом використання займає крохмаль. Традиційно крохмальна шліхта готується термічним, термохімічним та термомеханічним способами, що спричиняє значні витрати теплової енергії. Ці способи приготування шліхти передбачають нагрівання крохмальної суспензії до температури клейстеризації крохмалю і наступну розварку крохмального клейстеру або хімічне розщеплення крохмалю.
При приготуванні крохмальної шліхти закладається від 50 до 90 кг крохмалопродуктів на 1 тонну шліхти для забезпечення формування на пряжі необхідного приклею. У діапазоні таких концентрацій шліхта структурована, має високу в’язкість, що заважає її проникненню у пряжу.
Отримання шліхтувальних композицій із покращеними шліхтуючими властивостями, при одночасному зниженні витрат крохмалопродуктів на їхнє приготування є доцільним для текстильної промисловості.
Шліхтування є енергоємним процесом, тому однією із вимог розвитку шліхтувального виробництва є зниження енерговитрат при його проведенні. У зв’язку з цим, розробка технології приготування крохмальної шліхти, що не вимагає використання теплової енергії, є актуальною.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в рамках тематики наукових досліджень Херсонського державного технічного університету та пріоритетних напрямків розвитку текстильної галузі, які викладено у Державній програмі розвитку легкої промисловості України на період до 2000 року (затверджена Кабінетом Міністрів України 29.01.96 р., протокол № 7).
Особистий внесок автора полягає у теоретичному обґрунтуванні і розробці механохімічного способу приготування крохмальної шліхти при температурі 18-20С.
Мета та задачі дослідження. Метою роботи є розробка низькотемпературного способу приготування крохмальної шліхти й створення на його основі енерго- та ресурсозберігаючої технології шліхтування бавовняної пряжі.
Для досягнення поставленої мети в роботі слід було вирішити такі задачі:
Об’єкт дослідження: процес шліхтування ниток основи бавовняної пряжі крохмальними шліхтуючими композиціями.
Предмет дослідження: крохмальна шліхта.
Методи дослідження. Задачі, поставлені в роботі, вирішувалися теоретичними та експериментальними методами.
Якість шліхти оцінювалась відповідно до існуючих методик: визначення сухого залишку шліхти; визначення розщепленого крохмалю в шліхті методом відстоювання; визначення в'язкості шліхти.
Реологічні властивості шліхти досліджували за допомогою ротаційного віскозиметра “Rheotest-2” (Німеччина) у діапазоні швидкостей 3-1312 с-1 при температурі 20С.
Полідисперсність крохмалю визначали за допомогою гель-фільтраційного аналізу на Sephadex G-75.
Мікроскопічні дослідження шліхти й пряжі проводились за допомогою мікроскопа для морфологічних досліджень МИКМЕД-1 при збільшенні в 150 разів.
Оцінку фізико-механічних показників пряжі здійснювали відповідно до чинних Держстандартів і загальних методик.
Оцінку якості розшліхтування текстильних матеріалів здійснювали відповідно до чинних Держстандартів.
Результати експериментів опрацьовані згідно з методами сучасної математичної статистики з використанням IBM-сумісного персонального комп'ютера в середовищі “Microsoft Excel ’”.
Наукова новизна отриманих результатів полягає у наступному:
Практичне значення одержаних результатів. На основі отриманих результатів досліджень розроблено енерго- та ресурсозберігаючу технологію шліхтування бавовняної пряжі, що дозволяє:
Розроблений спосіб приготування шліхти та її використання дозволяють запропонувати більш економічну ресурсозберігаючу технологію підготовки ниток до ткацтва. Розроблена технологія шліхтування апробована на Херсонському ВАТ “ХБК” і Тернопільському ВАТ “Текстерно”. Виробничі випробування підтвердили можливість приготування й ефективність використання “холодної” шліхти на основі крохмалю для шліхтування бавовняного прядива. Очікуваний економічний ефект –,48 грн. на 1000 м тканини.
Особистий внесок здобувача. Постановка й обґрунтування задач і мети дослідження. Аналіз науково-технічної літератури і патентної інформації. Проведення експериментальних досліджень у лабораторних і виробничих умовах. Розробка технології приготування “холодної” шліхти й проведення виробничих випробувань з позитивним результатом.
Усі положення, що виносяться на захист, не містять у собі ідей або розробок, що належать співавторам, з якими були опубліковані наукові праці.
Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи було викладено та обговорено:
- на Всеукраїнській науково-технічній конференції “Проблеми легкої та текстильної промисловості”, Херсон, 1999 р.;
- на Всеукраїнській науково-технічній конференції “Проблеми легкої та текстильної промисловості на порозі нового століття”, Херсон, 2000 р.;
- на засіданні технічної ради 1-го ткацького виробництва Херсонського ВАТ “ХБК”, Херсон, 2001 р.;
Апробація результатів дисертації була виконана на Херсонському ВАТ “ХБК” і Тернопільському ВАТ “Текстерно”.
Публікації. Матеріали дисертації викладені в 7 друкованих працях, із яких: статей у наукових журналах –, у матеріалах конференцій –, патент України - 1.
Структура й обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, трьох розділів, висновків, списку використаних літературних джерел, додатків. Дисертаційна робота містить 121 сторінку машинописного тексту, 22 таблиці, 21 рисунок, 120 назв бібліографічних посилань. Обсяг додатків –сторінок.
Основний зміст роботи
У вступі розкрита сутність і значущість проблеми зниження матеріалоємності та енерговитрат процесу шліхтування, обґрунтована необхідність проведення досліджень з розробки способу приготування крохмальної шліхти, основаного на хімічній модифікації крохмалю, що не вимагає використання теплової енергії.
У першому розділі зроблено огляд досліджень в області шліхтування пряжі. Показано складність процесу шліхтування, на результати якого впливає від 10 до 15 різних параметрів. Розглянуто шляхи удосконалення цього процесу, спрямовані на зниження енерговитрат при його проведенні.
Оскільки основним шліхтуючим препаратом на вітчизняних текстильних підприємствах залишається крохмаль, розглянуто фізичні й хімічні властивості крохмалю, способи його модифікації для одержання крохмалів, розчинних у холодній воді.
Критично проаналізовані шляхи вирішення проблеми енергозбереження у технології приготування крохмальної шліхти.
Розглянуто способи зниження витрат крохмалю при шліхтуванні. Проаналізовано вплив ПАР на властивості крохмальної шліхти.
Наприкінці першого розділу показана необхідність проведення досліджень, а також зроблено вибір напрямків дослідження.
У другому розділі, що складається з двох підрозділів, викладені основні методи досліджень. У першому підрозділі подана характеристика крохмалопродуктів, які використовувались в роботі, ПАР, текстильних і хімічних матеріалів.
У другому підрозділі наведені методи аналізу вихідних компонентів шліхти, колоїдно-хімічних властивостей ПАР. Наведено розроблені способи приготування “холодної” шліхти в лабораторних умовах і на виробництві.
У підрозділі наведені методики визначення якості готової шліхти. Реологічні властивості шліхти вивчали за допомогою ротаційного віскозиметра “Rheotest-2” (Німеччина) у діапазоні швидкостей 3-1312 с-1 при температурі 20С. Полідисперсність крохмалю визначали за допомогою гель-фільтраційного аналізу на Sephadex G-75.
Оскільки в основі взаємодії шліхтуючої композиції з волокном лежать фізико-хімічні процеси адгезії й змочування, застосовано колоїдно-хімічний підхід для підвищення адгезії шліхти по відношенню до бавовняних волокон для вирішення проблеми зниження витрати крохмалопродуктів при шліхтуванні й поліпшення якості ошліхтованої пряжі.
Для оцінки якості шліхтування використовували фізико-механічні й технологічні показники ошліхтованої пряжі. Якість розшліхтування тканини оцінено у відповідності до чинних Держстандартів.
Результати експериментів опрацьовані відповідно до методів сучасної математичної статистики з використанням IBM-сумісного персонального комп’ютера АМД К6/2/400 у програмі “Microsoft Excel–”.
У третьому розділі викладено результати експериментальних досліджень. Розділ складається з трьох підрозділів, у яких послідовно представлені:
У підрозділі 3.1 вивчено вплив лугу на процес клейстеризації крохмалю при температурі 18-20С. Встановлено, що ефект “холодної” клейстеризації крохмалю найбільш повно проходить при концентрації гідроксиду натрію 6-12 г/л. Луг руйнує переважно водневі зв’язки, стійкі до дії води в нейтральному середовищі, що супроводжується руйнуванням упорядкованих ділянок кристалітів первинних крохмальних зерен аж до їхнього повного розпаду на окремі макромолекули.
Спосіб хімічної модифікації крохмалю, що зумовлює використання гідроксиду натрію у концентрації не нижче 6 г/л, послужив основою для одержання нових шліхтуючих композицій для шліхтування основ бавовняної пряжі.
Набухлий крохмальний клейстер ще не володіє властивостями належного шліхтувального засобу; щоб одержати потрібні результати при шліхтуванні крохмаль необхідно частково розщепити. Можна припустити, що під дією кисню повітря в лужному середовищі буде відбуватися частковий гідроліз макромолекул крохмалю. Однак, при кімнатній температурі цей процес іде дуже повільно, тому необхідно використовувати ще додатковий спосіб розщеплення крохмалю. Саме тому була досліджена можливість застосування механічної обробки для одержання високого ступеня розщеплення крохмалю у процесі приготування “холодної” шліхти. У табл. 1 наведено результати досліджень впливу інтенсивності механічного перемішування (частоти обертання мішалки -n) на ступінь розщеплення крохмалю і для порівняння наведено значення цього показника для інших способів приготування шліхти. Установлено, що збільшення інтенсивності перемішування призводить до підвищення ступеня розщеплення крохмалю. Мінімальна швидкість обертання мішалки 1500 об./хв визначається досягненим ступенем розщеплення крохмалю. Отже, при приготуванні “холодної” шліхти необхідно використовувати високошвидкісні мішалки.
Таблиця 1
Характеристики різних способів приготування крохмальної шліхти
|
Показник |
Спосіб приготування шліхти |
|
термохімічний |
термічний |
термомеха-нічний |
механохімічний |
|
|
Температура, С |
98 |
140 (р = 2,5-3 атм) |
(р = 2,5-3 атм) |
18-20 |
|
Тривалість процесу, хв |
60-80 |
-30 |
-40 |
|
|
Ступінь розщеплення крохмалю, % |
-80 |
-98 |
-98 |
-46 (n= 40 об/хв) 85-88 (n=1500 об/хв) 90-92 (n=2000 об/хв) 94-95 (n=3000 об/хв) 96-98 (n=5000 об/хв) |
Оскільки розщеплення крохмалю у нашому випадку відбувається хімічним і механічним способами, а приготування шліхти - при температурі 18-20С, то спосіб приготування “холодної” шліхти можна назвати низькотемпературним механохімічним. Дані, наведені у табл. 1, свідчать про те, що за ступенем розщеплення крохмалю запропонований спосіб не поступається термічному й термомеханічному способам та має перевагу над термохімічним способом приготування шліхти.
Клейкість шліхти та її в’язкість залежать від ступеня й рівномірності розщеплення крохмальних зерен. Гель-фільтраційний аналіз “холодної” шліхти на Sephadex свідчить про низький вміст високомолекулярної фракції в шліхті та про високу ступінь розщеплення крохмалю (рис. 1).
Ймовірно, що при приготуванні “холодної” шліхти низькотемпературним механохімічним способом відбувається розщеплення макромолекул крохмалю за глюкозідними зв’язками, але хімічна структура крохмалю не порушується. При додаванні розчину йоду до шліхти, йод із крохмалем дає синій колір, отже, отримані продукти розщеплення крохмалю не володіють відновлюючими властивостями. Це свідчить про те, що в процесі приготування “холодної” шліхти ми отримуємо розчинний крохмаль.
Рис. 1. Гель-хроматограма “холодної” шліхти
Шліхтування пряжі “холодною” шліхтою з різною концентрацією крохмалю дозволило оцінити клеючу здатність шліхтувальних композицій. У табл. 2 наведено результати шліхтування бавовняної пряжі 29 текс № 34 при 20˚С шліхтою з різною концентрацією маїсового крохмалю в порівнянні з традиційною шліхтою.
Таблиця 2
Результати шліхтування бавовняної пряжи 29 текс № 34
|
Концентрація крохмалю в шліхті, г/л |
Величина приклею, % |
|
|
Традиційна шліхта (80С) |
“Холодна”шліхта (20С) |
|
|
25 |
- |
2,1 |
|
30 |
- |
,05 |
|
40 |
- |
,3 |
|
53 |
,1 |
,9 |
|
60 |
,3 |
,0 |
Аналіз отриманих даних дозволив визначити оптимальну концентрацію клеючої речовини у шліхті, вона складає 30-40 г/л, що в 1,5-2 рази нижче в порівнянні з традиційною шліхтою. Використання запропонованої шліхтуючої композиції забезпечує необхідну величину приклею 4-5 % для пряжі 29 текс при меншій витраті крохмалю.
За основними характеристиками пряжа, ошліхтована “холодною” шліхтою, не поступається характеристикам пряжі, яка була ошліхтована традиційною фабричною шліхтою. Таким чином, показана можливість використання “холодної” шліхти для шліхтування основ бавовняної пряжі.
У підрозділі 3.2 досліджено вплив ПАР на властивості “холодної” шліхти. Для дослідження були використані ПАР різних класів, що застосовуються як змочувачі й диспергатори. Вибір ПАР здійснювався за оцінкою їх змочувальної й диспергуючої здатності, яку вони проявляють при температурі 20С (табл.3).
Таблиця 3
Фізико-хімічні критерії оцінки ефективності ПАР
|
Найменування ПАР |
Значен-ня ГЛБ |
ККМ, Т=20С |
ККМ, мН/м |
Ефект диспер-гування |
Гm, моль/м |
S , м |
|
Неонол АФ 9-12 |
12,8 |
0,35 г/л |
31,9 |
,7 |
,27*10-4 |
,3 *10-21 |
|
Сінтанол ДС-10 |
14,8 |
0,5 г/л |
35,4 |
,5 |
,83*10-4 |
,43*10-21 |
|
Препарат ОП-10 |
10,9 |
1,0 г/л |
31,9 |
,8 |
,37*10-4 |
,01*10-21 |
|
Циклімід |
3,0 г/л |
41,6 |
,4 |
,97*10-4 |
,43*10-21 |
|
|
Додецилтриоксі-этилсульфат |
42 |
1,0 г/л |
39,9 |
,8 |
,91*10-4 |
,69*10-21 |
|
Дерма-Текс 5А |
- |
0,6 г/л |
34,4 |
,9 |
,57*10-4 |
,48*10-21 |
З експериментальних даних видно, що найбільшою диспергуючою та змочувальною здатністю володіють неіоногенні ПАР неонол АФ 9-12 і композиційне ПАР на основі неонолу Дерма-Текс 5А. Як найбільш ефективні ці ПАР були вибрані в якості добавок у шліхтуючу композицію для полегшення процесу диспергування крохмалю, для стабілізації шліхти й для підвищення ії змочувальної здатності.
Як піногасник був обраний пропінол Б-400 –неіоногенний препарат, що представляє собою суміш поліоксіпропиленових ефірів н-бутилового спирту. Пропінол Б-400 у концентрації 0,3 г/л знижує спінювання шліхти, що забезпечує більш рівномірне покриття пряжі шліхтою.
У підрозділі 3.2.1 вивчені реологічні властивості “холодної”шліхти. Встановлено, що лужна шліхта являє собою ньютонівську систему з постійною в’язкістю, оскільки вона стабілізована лугом. Поведінка таких систем описується рівнянням Ньютона:
= * , (1)
де - напруження зрушення, Па;
- в’язкість, Па*с;
- швидкість зрушення, с-1.
При нейтралізації шліхти кислотою спостерігаються процеси структуроутворення в системі, що виражається в помутнінні шліхти, збільшенні ії в’язкості. Поведінка таких систем описується законом Шведова-Бінгама:
= с + , (2)
де - напруження зрушення, Па;
с –критичне напруження зрушення, Па;
–пластична в’язкість, Па*с;
- швидкість зрушення, с-1.
Аналіз повної реологічної кривої (ПРК) “холодної”шліхти показав, що дані системи є слабоструктурованими, руйнування структур відбувається при малих швидкостях зрушення (27-50 с-1). Встановлено, що для “холодної”шліхти характерно явище тиксотропії. Це свідчить про те, що утворення коагуляційних структур здійснюється за рахунок сил Ван-дер-Ваальса, тому такі структури легко руйнуються. Вивчено вплив різних кислот на процеси структуроутворення в системі (рис. 2).
2
4
3
1
ln ,