Способы крашения. Оборудование для крашения текстильных материалов

Крашение текстильных материалов в настоящее время проводят из водных растворов или суспензий. Разработка технологии крашения в органических растворителях, несмотря на эффективное решение ряда экологических проблем, практи­чески приостановлена по ряду причин: необходимость рекупера­ции органических растворителей из отработанных красильных ванн и возвращение их в технологический процесс; сложность установок и технологии рекуперации растворителей и неизбеж­ная потеря дорогостоящего и часто токсичного препарата; высо­кая стоимость растворителей и необходимость создания дорого­стоящего герметизированного оборудования для крашения в среде органических растворителей; необходимость разработки специальных выпускных форм красителей и ТВВ, так как су­ществующий ассортимент указанных продуктов приспособлен для крашения из водной среды. Этот далеко не полный перечень причин незначительного применения органических растворителей в красильно-отделочном производстве указывает на необходи­мость создания эффективных процессов крашения с использова­нием воды как растворителя: безотходной технологии или тех­нологии с малым использованием воды, применение биологиче­ски мягких препаратов в малой концентрации и т. д.

Машины и аппараты для крашения текстильных материалов существенно различаются между собой в зависимости от способа крашения, вида волокна и полуфабриката, подвергаемого окра­шиванию (ткань, пряжа, штучные трикотажные изделия, гре­бенная лента, волокно). Однако существует тенденция к созда­нию универсального оборудования, пригодного для крашения разнообразных текстильных материалов в разных условиях. Удалось найти удачное конструктивное решение аппаратов периодического и непрерывного действия, в которых можно про­водить процесс крашения изделий из различных волокон краси­телями практически любого класса в широком диапазоне температуры, под давлением и без избыточного давления. В настоя­щей главе рассмотрено типовое оборудование для крашения текстильных материалов.

Крашение текстильного волокна обычно производят на крупных комбинатах, выпускающих большой объем продукции ограниченной гаммы цветов, и шерстяных предприятиях, выпу­скающих суконные ткани или ковровые изделия. Крашение во­локна обычно протекает быстрее, чем крашение других полу­фабрикатов, так как субстрат в красильном оборудовании раз­мещен свободно, доступ красильного раствора к поверхности волокна облегчен, требования к равномерности окраски менее жестки, так как даже неравномерно окрашенное волокно в про­цессе последующих операций смешивания и чесания дает воз­можность получить равномерно окрашенную пряжу. Для круп­ных предприятий наиболее целесообразно применять линию для непрерывного крашения, в суконном производстве часто исполь­зуют аппараты периодического действия.

Линия для непрерывного крашения волокна (рис. 29) позволяет провести крашение по пропиточно-запарному способу. Разрыхленный равномерный слой волокна пропитывается красильным раствором 1 и подается в запарную ка­меру 2, где под действием влаги и тепла, создаваемых при поступлении в ка­меру влажного насыщенного пара, волокно набухает, краситель диффундирует внутрь и под влиянием вспомогательных веществ, входящих в состав красильного раствора, фиксируется на активных центрах. После запарной камеры слой волокна вновь раз­рыхляется рыхлителем 3 и поступает на промыв­ку. Промывные коробки 4 содержат перфориро­ванные барабаны, погруженные в промывной раствор. Внутри барабана создают вакуум, промы­ваемое волокно прижимается к перфорированной поверхности и проходящий через слой волокна промывной раствор освобождает волокно от не­зафиксированного красителя и ТВВ. Для промыв­ки применяют слабокислые или слабощелочные растворы ПАВ в зависимости от вида волокна и класса красителей или воду. Температура промывки также выбирается в зависимости от вида окрашиваемого полимера и применяемых краси­телей. Завершает линию барабанная сушилка 5, в которой волокно высушивают до кондиционной влажности.

На линии производят крашение больших пар­тий волокна, так как частая смена цвета требу­ет тщательной и сложной чистки машин. Произ­водительность линии до 600 кг окрашенного во­локна в час.

Следует отметить, что применение указанной линии дает наилучшие резуль­таты при крашении в светлые и средние тона, так как именно такую интенсив­ность окраски обеспечивает количество красителя, унесенное волокном из кра­сильной ванны. Содержание красителя на волокне определяется малым временем пребывания субстрата в красильном рас­творе (от 1—2 до 10—15 с), степенью отжима, которая не превышает 100—120 %, а для синтетических волокон 40—50 %. При указанной степени отжима и ограниченной растворимости красителя в ванне (не выше 50—70 г/л, а у ряда кра­сильных систем, представляющих диспер­сии красителя в воде, существенно ниже) на волокне при запаривании содержит­ся красящего вещества столько, что по­лучение темных окрасок невозможно. Окраски интенсивных тонов получают при периодическом крашении.

В настоящее время для этой цели выпускают оборудование циркуляцион­ного типа для высокотемпературного кра­шения. Серия машин имеет название АКД — аппарат для крашения под дав­лением. Однако в случае необходимости крашение можно производить и при температуре до 100 °С. В этом случае статическое давление поддер­живается гидравлическим способом с помощью подпиточного центробежного насоса,

 

включенного в систему циркуляции. Аппарат выпускают в комплекте с набивочной машиной и центри­фугой, он снабжен системой автоматического регулирования температурно-временного режима крашения.

Аппарат АКД (рис. 30) состоит из красильного бака-автоклава 5, в котором устанавливают перфорированную корзину 4 с окрашиваемым волокном. В центре корзины проходит перфорированный цилиндр-стояк, необходимый для обеспечения циркуляции красильного раствора через слой волокна.

Во время работы красильный аппарат закрывают крышкой. На дне авто­клава расположен змеевик, в который в зависимости от стадии процесса [Подают пар для разогрева красильного раствора или холодную воду для снижения его температуры. Красильный аппарат системой трубопроводов соеди­нен с циркуляционным 1 и подпиточным 2 насосами, резервным баком 6, в котором готовят красильный раствор для крашения, расширительным бач­ком 3, обеспечивающим поддержание гидравлического давления и введение Необходимых химикатов в красильный бак во время крашения.

Перед началом работы в корзину аппарата на набивочной машине заправ­ляют от 350 до 600 кг волокна в зависимости от его вида (шерстяные, хлоп­ковые, химические), устанавливают корзину в красильный аппарат, закрывают Крышкой и заполняют красильным раствором. Сигналом о заполнении аппа­рата раствором считают появление струи раствора из трубопровода, связы­вающего красильный аппарат с расширительным бачком. После заполнения аппарата раствором подачу его прекращают, включают циркуляционную систему, обеспечивающую перемещение красильного раствора через централь­ный стояк корзины, слой волокна, в пространство между перфорированной стенкой корзины и стенкой красильного аппарата, откуда красильный раствор центробежным насосом вновь подается в перфорированный стояк. Направле­ние циркуляции может быть изменено на противоположное. Двусторонняя циркуляция обеспечивает более равномерное прокрашивание слоя волокна. Для крашения при температуре выше 100 °С (до 130 °С) красильный бак изо­лируют от рабочего помещения отключением расширительного бачка из системы циркуляции. По окончании крашения остаточную ванну сливают в канализацию, а в аппарате производят промывку волокна теплой и холодной водой. Освобождают волокно от избытка влаги перед сушкой на центрифуге. Установка корзины в аппарат и перенос волокна в центрифугу осуществляют электротельфером. Изменяя конструкцию корзины-носителя (рис. 31), в аппаратах АКД можно окрашивать волокно и штучные трикотажные изде­лия (а), гребенную ленту в клубках (б) и пряжу в паковках (в). Модуль крашения в аппаратах АКД равен 10—15.

 

Пряжу можно окрашивать в виде мотков, бобин или навоев. Оборудование в зависимости от вида окрашиваемого полуфаб­риката существенно отличается по конструкции.

В простейшем случае мотки пряжи навешивают на стержни из нержавеющей стали или керамические и погружают на три четверти в красильный раствор. Модуль крашения 20. Для равномерного прокрашивания всего мотка ролики вращаются и передвигают пряжу.

Более совершенными являются аппараты каскадного типа (рис. 32), где стержни имеют перфорацию 1 в верхней части для орошения пряжи красиль­ным раствором. Изменение положения мотков пряжи производится с помо­щью специальных перекидок 2. За одно движение перекидок моток переме­щается на 20 см. В машине имеется десять перфорированных стержней 3, на каждый загружают 4—5 кг пряжи. Модуль крашения равен 10. Машины для крашения мотков не применяют для шерстяной пряжи, так как она при движении свойлачивается.

При работе на пряжекрасильных аппаратах для мотков затра­чивается много ручного труда (заправка, выгрузка), они мало­производительны, отдельные опе­рации процесса трудно поддают­ся автоматизации и механизации.

В значительной степени эти трудности устраняются при ис­пользовании аппаратов паковоч­ной системы для крашения в бо­бинах или навоях. В этом случае пряжа фиксирована и меньше де­формируется при крашении, од­нако возникает опасность нерав­номерного прокрашивания паков­ки по слоям ввиду плотной на­мотки.

Пряжу наматывают на перфо­рированные бобины или перфорированные навои, которые устанавливают затем в красильном аппарате, соединяя с циркуляционной системой. В нашей стране для этой цели используют универсальный аппарат типа АКД (см. рис. 30), применяя специальные носители (см. рис. 31).

Готовую ткань можно окрашивать как периодическим, так и непрерывным способом, жгутом или врасправку.

Оборудование для периодического крашения ткани жгутом при температуре до 100 °С представлено красильно-промывной машиной (рис. 33). Пар­тию ткани массой около 300 кг заправляют в машину в виде отдельных 8—10 петель или спирально в 8—10 витков через жгуторазделительную решетку 5, направляющий ролик 6 и транспортирующий барабанчик 9 эллиптического или круглого сечения. Машина изолирована от рабочего помещения остеклен­ным шатром 8 и снабжена отсасывающей вентиляцией 7, которая включается при открывании дверцы шатра во время работы машины. Это предупреждает выброс в рабочее помещение пара и летучих химических материалов, образую­щихся при нагревании красильного раствора.

Красильная ванна разделена перфорированной перегородкой 2 на две части: большую, где происходит крашение ткани, и меньшую 3 — для залива красильного раствора, введения в красильный раствор во время работы необходимых химических материалов, холодной воды 4. Здесь же расположен паровой змеевик для подогрева красильного раствора и сливное отверстие 1 для удаления технологиче­ского раствора по оконча­нии процесса. Разделение ванны предупреждает обра­зование пятен на ткани от соприкосновения с концентрированным раствором кра­сителя, химических материа­лов, холодной водой, нагре­той поверхностью паровой трубы.

Красильно-промывная машина — оборудование универсальное, она пригод­на для крашения при тем­пературе до 100 °С красите­лями различных классов тканей практически из лю­бых видов волокон и любых структур, за исключением тех, которые склонны к об­разованию заломов при жгутовых обработках. Ма­шина пригодна и для дру­гих жидкостных обработок текстильных и трикотажных полотен — промывки, отвар­ки, крепирования и т. д.

Существует другой тип жгутовых машин для высокотемпера­турного крашения, так называемые эжекторные. В них движе­ние ткани осуществляется током жидкости, что исключает де­формацию окрашиваемого материала. Эжекторные машины гер­метизированы, крашение в них возможно при температуре до 140 °С. Особенно широко это оборудование применяют при крашении тканей и трикотажного полотна из синтетических волокон.

Различают эжекторные машины с вертикальным и горизон­тальным накопителями. Последний тип удобнее в эксплуатации,. обеспечивает более полное погружение текстильного материала в красильный раствор, имеет малый модуль крашения (6—10).

Машина (рис. 34) состоит из нескольких секций (1—8), в каждую из которых загружают один жгут. Секция состоит из автоклава 7, снабженного циркуляционной системой 1, 4, теплообменником 3, люком 6 для загрузки и выгрузки полотна, резервным баком 2 для введения химических материалов. В циркуляционную систему помещено эжекторное сопло 5, движение жидко­сти через которое обеспечивает необходимое усилие для перемещения

ткани со скоростью 90—130 м/мин. Машины снабжены современными средствами автоматизации химико-технологических процессов.

Для периодического крашения ткани расправленным полотном применяют красильно-роликовые машины (рис. 35). Машина включает красильную ван­ну 2, над которой помещены два вала 3, имеющих реверсивное вращение. Полотно накатывают на вал, а затем перезаправляют на другой, проводя через красильную ванну по тканенаправляющим роликам 1. В процессе ра­боты ткань последовательно перекатывают с вала на вал, обязательно четное число раз для обеспечения равномерного воздействия красильного раствора на оба конца партии ткани. При прохождении через красильную ванну во­локно уносит часть раствора. Поглощение красителя волокном осуществляется в период нахождения ткани на валах. Для ускорения процесса валы изготавливают полыми металлическими и подают в них пар для обогрева. Крашение при температуре выше 100 °С осуществляют на красильно-роликовых маши­нах, герметически изолированных 4 от рабочего помещения.

 

Машина снабжена автоматическим устройством для переключения на­правления вращения валов, останова машины после заданного числа прохо­дов, поддержания температурного режима крашения. Красильно-роликовая машина помимо крашения пригодна для любых жидкостных обработок (про­мывка, отварка, заварка и т. д.) ткани, склонной к образованию заломов. Модуль обработки 4—8.

Непрерывное крашение готового полотна — процесс, труднее всего поддающийся унификации. В зависимости от вида текстильного материала, класса применяемых красителей и даже способа крашения для получения наибольшего эффекта часто требуется со­вершенно уникальное аппаратурное оформление. Попытка создания уни­версальных красильных линий не оп­равдала себя, так как установки по­лучались громоздкими, трудно управ­ляемыми, не обеспечивающими высо­кокачественного крашения. Однако независимо от особенностей отдельных красильных линий все они состоят из машин, обеспечивающих нанесение красильного раствора, чаще всего плю­совок (рис. 36), аппаратов, обеспечи­вающих обработку при повышенной температуре текстильного материала, содержащего краситель, и промывной части.

При непрерывном крашении ткань в течение нескольких секунд (1—10с) находится в красильном растворе и отжимается между валами. При этом на полотне остается раствор в количе­стве 100—120 % от массы волокна (модуль 1— 1,2).

Диффузия и сорбция красителей при непрерывных способах происходит при последующей высокотемператур­ной обработке.

Для высокотемпературной обра­ботки в зависимости от вида ткани и способа крашения могут использовать­ся запарные аппараты различных конструкций, ИК-подогреватели, камеры с нагретым воздухом или ванны с кипящей водой.

Схема плюсовочно-запарной линии пред­ставлена на рис. 37. Полотно пропитывают красильным раствором два раза в плюсов­ках 1, запаривают в запарной камере 2, про­мывают в проходном аппарате 3, состоящем из девяти промывных ванн, и высушивают в барабанной сушилке 4.

Своеобразно оформляется полунепрерывный способ краше­ния текстильных материалов, когда обработка ткани при высо­кой температуре после плюсования красильным раствором заме­няется длительным выдерживанием (4—48 ч) ее при температу­ре рабочего помещения или слабом нагревании. В этом случае начало (нанесение красильного раствора) и конец (промывка) процесса осуществляются так же, как на линиях непрерывного крашения, а диффузия и фиксация красителя — при выдержива­нии ткани в специальных камерах. Такой способ крашения тре­бует малых энергетических и материальных затрат, наиболее благоприятен в экологическом аспекте (нет тепловых и вредных выделений), характеризуется малым водопотреблением, но тре­бует дополнительной производственной площади для длительно­го хранения ткани, пропитанной красильным раствором.