Современные методы первичной переработки шерсти

В последние годы нашли широкое применение различные методы обработки шерстяного сырья. Методы обработки шерстяного сырья непрерывно совершенствуются, а также изыскиваются способы специальной обработки, придающие шерсти ряд новых и ценных свойств в процессе первичной обработки шерсти. Особое влияние на себестоимость, качество и структуру производства первичной обработки шерсти (ПОШ) оказывает содержание загрязнений в шерстяном сырье [36, 37]. По данным отечественных и зарубежных учёных, количество загрязнений различных видов и состояний, которые содержатся в немытой шерсти, колеблется в широких пределах [24] (табл. 1.3).

Таблица 1.3

Состав немытой шерсти

Наименование

Показатель, %

Экспериментальный

Производственный

Шерстяное волокно

28,0-72,0

42,0 - 58,0

Жиропот:

Шерстный жир

Шерстный пот

0,5 - 25,4 20,0 - 24,2

  • 4,0-10,75
  • 7,3 - 8,0

Растительные примеси

1,9-13,0

1,9-3,0

Минеральные загрязнения

4,1-43,8

14,5 - 30,4

Кизячные примеси

0,1 -8,0

0,35 - 2,5

Жиропот шерсти - это эмульсия липкого гидрофильного вещества, которая образуется из выделяющихся из кожи овец шерстного жира и пота. Благодаря содержанию жиропота, в шерсть не проникают различные растительные примеси, влага и песок. Связано это с тем, что волокна шерсти смазываются и несколько склеиваются между собой тонким слоем жиропота. Жиропот высокого качества обычно белого или светло-жёлтого цвета. Он не растворяется под атмосферными осадками, но в горячей мыльной воде легко смывается. Жиропот плохого качества или трудно растворяется в горячем содовом растворе, или, напротив, легко смывается дождевой водой [10, 38]. Качество и количество жиропота зависят от пола, породы, условий содержания и кормления, индивидуальных особенностей и состояния здоровья животного. В шерсти грубошерстных пород овец жиропота значительно меньше, чем в шерсти тонкорунных [39]. Избыточное содержание жиропота утяжеляет шерсть и создаёт лишнюю работу при её промывке [40].

Различают три вида жиропота:

  • - легкоплавкий жиропот содержит соединения олеиновой кислоты, вследствие чего легко смывается с шерсти и плавится при температуре 34-37°С;
  • - тугоплавкий жиропот жёлтого цвета, в составе он имеет соединения твёрдых жирных кислот: пальмитиновой и стеариновой; смывается с трудом в горячей воде и плавится при температуре 70-73°С;

воскообразный жиропот является разновидностью тугоплавкого жиропота, чаще формируется у болезненного животного, трудно смывается и считается пороком [35,41].

Шерстный жир состоит из смеси сложных химических соединений (кислот, спиртов, эфиров). По своим свойствам и составу он сходен с природными восками. В химическом отношении воски представляют собой липиды. Их основой являются сложные эфиры высокомолекулярных одноатомных (реже двухатомных) спиртов и высокомолекулярных одноосновных жирных кислот [42]. Шерстный воск составляет от 4 до 45-50% от массы мытого волокна. Процентный состав зависит от индивидуальных особенностей, направления продуктивности, половозрелости овцы и ряда других факторов (условия кормления, сезон года, условия содержания и т.д.) [Ю].

В шерстном жире спирты находятся частично в свободном и этерифицированном состоянии, их содержание составляет 44-55%. Значительная их часть представлена изохолестерином и оксихолестерином и незначительная - холестерином, метахолестерином. В шерстном воске около 20% содержится холестерина и изохолестерина, из которых в свободном состоянии находится 3-4%, что объясняет способность этих компонентов образовывать под влиянием щелочей и мыла очень стойкие водные эмульсии [43].

Шерстный жир имеет нейтральный характер, плохо растворяется в воде. Он легко отделяется от шерстяных волокон после образования им эмульсии в тёплом мыльном растворе. Удаляя из жира продукты омыления, которые состоят в основном из свободных жирных кислот, и очищая его от других загрязнений, получают ценный продукт - ланолин, который используется в медицинской и парфюмерно-косметической промышленности: является хорошей основой для мазей и косметических средств. Технический ланолин применяется в производстве смазочных материалов и для других технических целей [44].

Шерстный пот представляет собой смесь калиевых солей [45]. Состав шерстного пота состоит в основном из неорганических солей с преобладанием карбоната калия (К2СО3). Пот легко растворяется в воде. Раствор обладает моющим действием, имеет щелочной характер.

Условия содержания и кормления овец влияет на различие солевого состава пота. Солевой состав пота и его количество на волокне оказывают существенное влияние на технологический процесс и качество промывки шерсти. При длительном хранении сырья пот, в случае его высокого содержания оказывает отрицательное воздействие на волокно. Кроме того, промывка такой шерсти в сильнощелочных растворах приводит к увеличению количества пожелтевшей шерсти [46]. В прядении поврежденная шерсть вызывает повышенную обрывность, неравномерное окрашивание, снижаются товарные свойства [10]. Благодаря шерстному поту сокращается расход мыльного реагента, в процессе промывки шерсть меньше свойлачивается, увеличивается выход мытой шерсти.

Таким образом, роль компонентов жиропота различна: шерстный воск выполняет защитные функции; пот, обладающий щелочной реакцией, действует разрушающе на шерстный воск, благоприятствуя процессу гидролиза, и на кератин шерсти. В результате снижается прочность шерсти и, как следствие, ухудшаются ее товарно-технологические свойства.

Для очистки шерсти от восковых, неорганических веществ и масла предложен способ тепловой обработки волокна [47], основанный на встряхивании и перемешивании очистительного порошка с шерстью внутри барабана, подогреваемого до температуры 80°С газовыми горелками. Очистительный порошок и обрабатываемая шерсть нагреваются до температуры 65 - 75°С, после чего шерсть встряхивается и перемешивается в барабане в течение 5-20 мин. Существенный недостаток данного способа - в невозможности очистки шерсти от растительных примесей.

Растительные примеси - ковыльная пилка, репей и мелкий сор -значительно ухудшают качество шерсти. Растительные примеси удерживаются в массе шерстяного сырья за счет их цепкости и в процессе промывки практически не удаляются.

Для очистки сильно засоренной шерсти в аппаратной системе прядения широко используется химический способ очистки -карбонизация шерсти [48]. Сущность карбонизации состоит в том, что шерстяное сырье пропитывается слабым раствором серной кислоты с последующей термообработкой. Растительные сорные примеси под действием химического реагента превращаются в хрупкую гидратцеллюлозу, которая при дальнейших механических воздействиях легко удаляется [24].

Недостатком данного способа является потеря прочности сырья от Идо 40 % . В связи с разрушающим действием серной кислоты потеря массы шерсти составляет от 5 до 20 %. Потеря шерсти в процессе карбонизации возникает, во-первых, в результате механического удаления обуглившихся примесей, во-вторых, при нейтрализации - удалении гидролитически разрушенной части кератина волокна.

За счет быстрого объемного нагревания волокна в высокочастотном поле возможно интенсифицировать процесс карбонизации. Для высушивания волокна до кондиционной 10% влажности в течение 3-4 мин обработки (поверхностная плотность укладки составляет 8 кг/м) оптимальным является напряженность поля 400 - 500 В/см. При напряженности поля 500 В/см процесс удаления растительных примесей сокращается до 3 мин [49].

Диэлектрический нагрев при оптимальных параметрах обработки способствует сокращению продолжительности технологического процесса карбонизации с 60 до 6 - 8 мин. Использование данной технологии позволяет сохранять свойства волокон на уровне фабричной технологии.

В результате совместной работы специалистов ОАО НПК «ЦНИИшерсть» и АО «Криогенмаш» разработан способ очистки шерсти в кипах от растительных примесей, основанный на применении криогенных температур [50]. Под воздействием криогенных температур целлюлозные примеси становятся хрупкими, затем механически удаляются из шерстяной волокнистой массы. К достоинствам данного метода можно отнести экологичность, 97% очистку волокнистого материала при сохранении длины волокна, увеличение выхода шерсти на 6% по сравнению с процессом карбонизации. Недостатком является потеря прочности волокна на 7%. Кроме того, стоимость изготовленной и испытанной на ОАО «Люберецкие ковры» крупногабаритной криогенной установки весьма значительная, к тому же имеет место большой расход азота [51].

Биологический способ очистки шерсти разработан и внедрен в производство в Польше. Данный способ предусматривает обработку шерсти водой и серной кислотой, концентрация которой в зависимости от температуры колеблется от 0,5 до 5 % [52]. Достоинства данного метода: увеличение прочности волокна после энзимной и кислотной обработки на 11 - 13%, отсутствие повреждения волокон, снижение концентрации серной кислоты в 4 раза, что уменьшает загрязнение окружающей среды. Недостатки метода: потеря удлинения от 6 до 25 %, что недопустимо при переработке волокон в гребенной системе прядения, значительная длительность процесса и малая его производительность.

Предложенный авторами [53] способ очистки шерсти с помощью СВЧ-энергии осуществляется на установке с входной мощностью электромагнитной волны 850 Вт и сверхвысокой частотой 2450 МГц. Облучение СВЧ-энергией загрязненного шерстяного сырья приводит к очистке шерстяного волокна в процессе промывки за счет разрыва сплошности жидкой среды и жировой оболочки волокна.

Достоинства данного метода: нейтрализация микроорганизмов, снятие внутреннего напряжения волокна, обеспечение некоторой отбелки волокна. Отделение минеральных и органических примесей происходит благодаря тому, что вследствие облучения СВЧ-энергией усиливается проникновение моющих растворов в глубь волокнистой массы, а также во внутреннюю структуру волокна. Недостаток метода - в невозможности эффективного очищения волокнистого материала от растительных примесей.

Кафедрой технологии шерсти МГТУ разработан оптический излучатель для очистки шерстяной чесаной ленты от растительных примесей [54]. Работа данного устройства основана на различии оптических и тепловых свойств шерстяных волокон и растительных примесей [55]. Достоинства предлагаемого устройства: практически полная (95 - 98%) очистка волокнистого материала от растительных примесей; сохранение показателей физико-механических и химических свойств шерстяных волокон; улучшение структуры полуфабрикатов; повышение стабильности протекания последующих за очисткой процессов; увеличение выхода пряжи из шерстяного сырья. Недостатком данного способа является энергоемкость лазерного источника излучения.

Минеральные примеси в составе и количестве зависят от верхнего слоя почв, на которых находятся пастбища. Глины являются основным материалом, загрязняющим шерсть. Прилипание грязи к волокнам шерсти происходит в результате адсорбции минеральных частиц на поверхности волокон шерсти. Накапливание в моющих растворах глины ухудшает качество шерстяных волокон вследствие осаждения ее на поверхности волокон в процессе промывки. В данном случае частички глины плотно прилегают к волокнам в силу своих малых размеров, ведут себя как коллоиды и имеют активную поверхность [24].

Кизячные примеси представляют собой комочки грязи или навоза на концах штапелей или косиц, в которых находится пучок шерсти. Особые трудности в процессе первичной обработки шерсти возникают при удалении навозных загрязнений. Связано это с тем, что в навозных загрязнениях содержатся белковые соединения, в связи с этим протеиновые молекулы этих загрязнений прочно соединяются с протеином волокна. Для относительно быстрого расщепления этих связей до водорастворимых веществ необходимо применение специфических биокатализаторов или значительное физическое воздействие, что отрицательно сказывается на процессе первичной обработки шерсти. После освобождения шерсти от подобных примесей шерсть становится ослабленной, приобретает желтоватый цвет и используется в основном в валяльно-войлочной промышленности.

Установлено [56], что засорение шерсти грубыми и цветными волокнами происходит вследствие нарушения правил стрижки, упаковки и хранения. Стрижка тонкорунных овец не должна производиться после стрижки грубошерстных овец в плохо убранном стригальном помещении. В противном случае существенно снижается качество продукции, так как грубый волос и цветные волокна перерабатываются в пряжу и ткань.

У заготовителей шерсти особое внимание заслуживает проблема удаления нешерстяных компонентов с наименьшими затратами материальных и трудовых ресурсов. Решение данной проблемы зависит от уровня научно-технического развития [57]. Главной задачей научно-исследовательской деятельности в области усовершенствования процесса первичной обработки шерсти является создание многовариантного модульного производства по переработке шерстяного сырья с внедрением инновационных технологических схем. Первичная обработка шерсти представляет собой совокупность производственных процессов, направленных на получение сортированной чистой шерсти (рис. 1.4).

Технологический процесс первичной переработки шерсти

Рис. 1.4. Технологический процесс первичной переработки шерсти

Сортировка шерсти. Производят с целью получения из расклассированной на местах заготовки немытой шерсти наиболее однотипных и однородных по физико-механическим свойствам, цвету, качеству и сорту немытой шерсти в соответствии с требованиями стандартов. Сортировка производится конвейерным методом, при котором шерсть сортируют на движущемся с определенной скоростью или с остановками конвейере [24]. Конвейер имеет перфорированную ленту - полотно сортировочного конвейера. Благодаря перфорациям загрязнения, выделяющиеся при сортировке шерсти, выпадают в бункер, из которого их непрерывно удаляет вытяжной вентилятор.

Преимущество метода конвейерной сортировки заключается в том, что вследствие уменьшения прокидов и увеличения выхода более ценных сортов шерсти ценностная стоимость шерсти повышается на 3 - 5%, трудовые затраты сокращаются на 20% по сравнению с индивидуальным методом сортировки.

Разрыхление (трепание) шерстяного волокна. Производится для обеспыливания и разрыхления шерсти, частичной очистки ее от минеральных и растительных примесей [58]. Лучшие условия для выделения инородных примесей из волокнистой массы достигаются тогда, когда они оказываются на открытой поверхности волокнистых частиц. Это обеспечивается разрежением слоев, под которым предполагается процесс разрыхления [59].

Применяют два способа разрыхления: расщипывание и ударное воздействие (трепание). Процесс расщипывания основан на проникновении колков внутрь волокнистой массы шерстяного сырья. За счет различной скорости рабочих органов, которые подают и захватывают волокна, колки проникают в материал. В результате крупные клочки разделяются на более мелкие. Авторами [60] для переработки волокон большой длины предлагается разрыхлитель. Два колковых барабана, диаметр которых 500 и 600 мм, вращаются в противоположных направлениях. Подаваемые сверху волокна разрыхляются вследствие взаимодействия колков барабанов. За счет отсоса воздуха разрыхленные волокна выводятся из рыхлителя и транспортируются к следующей машине. С применением данного способа разрыхления не происходит закатывания волокон на машине, наматывания волокон на рабочие органы и образования узелков.

Трепание представляет собой ударное воздействие рабочих органов машины на клочки шерсти. Рабочие органы, снабженные планками, имеют специальную гарнитуру (например, колки). Крупные клочки разбиваются на более мелкие и очищаются от примесей вследствие удара планок с колками по шерстяному сырью. Для разрыхления и частичной очистки тонкой и полутонкой шерсти применяется разрыхлительно-трепальный агрегат непрерывного действия, а для обработки грубой и полугрубой шерсти - трепальная машина периодического действия [61]. Использование устройства данного оборудования позволяет повысить эффективность разрыхления благодаря расположению с отрицательной разводкой колков рыхлительного органа по отношению к колкам рыхлительной гребенки.

Достоинства усовершенствованного оборудования

заключаются в том, что в процессе его работы не происходит наматывания волокон на рабочие органы, закатывания волокон и образования узелков. Кроме того, удаляются примеси из массы волокон. Очистка волокнистого материала до 90 % достигается за свет высокой точности изготовления главного барабана и отбивного вала, отсутствия их вибросмещения и точности установки пильчатой поверхности барабана [63-67]. К недостаткам относятся значительные повреждения и разрыв волокна, образование пороков (жгутики, мушки).

В настоящее время для улучшения операций разрыхления других методов не существует, так как на данном этапе обработки шерстяного волокна необходимы механические усилия - и все они приводят к снижению показателей физико-механических характеристик шерстяного сырья в процессе первичной обработки шерсти.

Промывка. Заключается в отделении загрязняющих частиц от поверхности шерстяного волокна, в переводе водонерастворимых загрязняющих частиц в моющий раствор, в удержании плавающих частиц загрязнений в моющем растворе и устранении их повторного осаждения и прилипания к отмываемой поверхности волокна. Процесс мойки шерсти - сложный комплексный процесс химических и физических воздействий. Промывка возможна благодаря таким явлениями, как смачивание, адсорбирование, диспергирование, эмульгирование, пенообразование и удержание отмытых загрязнений [56].

Содержащийся в немытой шерсти жиропот препятствует смачиванию ее водой. Это связано с тем, что взаимное притяжение молекул шерсти и жира превышает взаимное притяжение молекул воды и жира, в результате чего на границе водной среды образуется поверхностное натяжение. Кроме того, смачиванию препятствуют мельчайшие пузырьки, которые всегда имеются на поверхности шерстных волокон, погруженных в воду [38].

С повышением температуры и вводом в нее поверхностноактивных веществ понижается поверхностное натяжение водной среды и, как следствие, улучшается смачивание. Поверхностное натяжение воды понижается с 72,8-10‘7 до 62,0-10‘7 Дж/см2 при повышении ее температуры от 20 до 80°С. Растворение 1 г/л олеинового мыла способствует уменьшению поверхностного натяжение воды с 72,8 10'7 до 25,0-10'7 Дж/см2. Благодаря этому раствор ПАВ легко растекается по гидрофобной поверхности волокон, быстро смачивает поверхность и проникает между поверхностью волокна и загрязнениями. В результате в процессе промывки создаются условия для отделения сорных и адсорбированных примесей от шерсти [24].

По теории П.А. Ребиндера молекулы ПАВ при растворении их в воде стремятся занять место молекул воды, вытесняя их из пограничного слоя. В результате на поверхности водного раствора образуется адсорбционный слой. Молекулы ПАВ в данном слое гидрофильными частями располагаются в воду. Гидрофобные части молекулы располагаются в воздух или другую фазу, в частности в шерсть, грязевые частицы которой являются гидрофобными. Поверхностное натяжение чистой воды выше, чем у этого слоя, в связи с этим смачивание шерсти происходит быстрее и полнее [38].

Раствор ПАВ разъединяет и раздробляет загрязнения на мельчайшие частицы, проникая в трещины и щели слипшихся жировых и грязевых примесей. Пленки молекул ПАВ придают поверхностям гидрофильность вследствие покрывания ими гидрофобных частиц и ослабления силы сцепления между волокнами и загрязнениями. В результате данного процесса происходит отрыв и удаление примесей с шерсти.

Процесс мойки неэффективен, если отмытые загрязнения вновь осаждаются на волокне. Повторное осаждение загрязнений возможно в случае, когда нет надежной изоляции отмытых нешерстяных компонентов от волокон шерсти. Существенное влияние на данный процесс оказывает характер и концентрация моющего средства, pH и температура моющего раствора, добавок и моющих средств, продолжительность адсорбции, породные особенности шерсти и состав загрязнений [68].

Выбор моющего средства зависит от электрического заряда иона при его диссоциации, включающего гидрофобную часть молекулы. Анионактивные вещества, растворяясь в воде, вокруг примесей и на поверхности волокна создают отрицательное поле, а катионактивные - положительное. Примеси отрываются от волокна, преодолевая молекулярные силы сцепления за счет электростатического отталкивания одноименных зарядов.

Промывку шерсти целесообразнее проводить в щелочной среде, если используются анионактивные моющие вещества, так как кератин шерсти имеет отрицательный заряд, а в кислой среде кератин шерсти заряжен положительно и использовать следует катионоактивные вещества. В этом случае волокно имеет одноименный заряд с загрязняющими веществами [19]. Скорость адсорбции увеличивается с увеличением концентрации моющего раствора до достижения критической концентрации мицеллообразования. В связи с этим, разрабатывая технологический режим мойки, особое внимание необходимо уделять определению максимальной активности моющего вещества, которую можно увеличить, добавив в раствор активирующие добавки (поваренной соли, кальцинированной соды и др.) [24].

Интенсифицировать процесс удаления сорных загрязнений можно за счет повышения температурного режима промывки. Это влечет за собой набухание волокон шерсти: их длина увеличивается на 1 - 2%, поперечное сечение - на 18 - 30%, следовательно, происходит нарушение первоначального расположения загрязнений на поверхности волокна [10].

Пригодность воды в качестве растворителя моющих веществ определяется прежде всего ее жесткостью. Карбонатная (временная) жесткость обусловлена наличием в воде бикарбонатов кальция Са(НСО3)2 и магния Mg(HCO3)2, которые в процессе кипячения разлагаются до осаждаемых карбонатов. Наличие хлоридов и сульфатов кальция и магния, не изменяющихся при кипячении, приводит к возникновению некарбонатной (постоянной) жесткости. Наиболее известной и распространенной является промывка шерсти в мыльно - щелочных растворах. В процессе промывки шерсти в воде образуются кальциево-магниевые соли жирных кислот (известковое мыло) за счет взаимодействия мыла с солями кальция и магния, что приводит к нежелательному перерасходу моющих веществ. В результате промывки шерсти в мыльно-щелочном растворе шерстяные волокна обволакиваются тончайшей пленкой сероватого оттенка. Образовавшаяся пленка разлагается под действием тепла и бактерий, в результате происходит деструкция шерстяных волокон [69].

Вода для промывки шерсти должна быть очищена фильтрованием на водоочистительных станциях от частиц ила, которые, адсорбируясь на волокнах, увеличивают их запыленность. Использование воды из стоячих водоемов приводит к тому, что шерсть может приобрести устойчивый запах тины. При данном методе промывки, основным моющим средством является мыло, которое состоит из солей жирной кислоты. Для его производства используют растительные и животные пищевые жиры, что экономически нецелесообразно [22]. Существенными недостатками применения мыла в процессе промывки являются: повышенная свойлачиваемость волокон шерсти; образование пленки на поверхности волокон; гидролиз мыла в водных растворах с образованием жирной кислоты и щелочи. В процессе промывки шерсти едкий натрий вступает в реакцию с кератином шерсти, а свободная жирная кислота адсорбируется на волокне [31].

С целью прекращения гидролиза мыла в процессе промывки в воду добавляют кальцинированную соду (Ма2СОз). Она менее вредная для шерсти, чем образующийся в результате гидролиза гидроксид натрия (NaOH) [22]. С применением кальцинированной соды снижается жесткость воды, уменьшается расход мыла вследствие взаимодействия ее с солями кальция и магния, что влияет на последовательность введения в раствор моющих реагентов. Сода, которую вводят в раствор первой, ослабляет поверхностное натяжение воды и увеличивает ее смачивающую способность. Она способствует предотвращению гидролиза мыла, а также препятствует обратному осаждению минеральных примесей на волокно. Сода не оказывает влияния на отделение жировых загрязнений. К недостаткам применения кальцинированной соды относится необходимость постоянных ее добавок для поддержания эффективного процесса промывки. Избыток щелочи приводит к деструкции эпикутикулы волокон шерсти, снижению теплопроводности, прочности, упругости и пожелтению. В сильнощелочной среде потеря массы мытой шерсти составляет 1 - 2% за счет растворения верхушек волокон.

Концентрация щелочи, температура моющего раствора и время обработки влияют на изменение извитости шерсти, в частности вследствие гетерогенного набухания орто- и паракортекса могут возникать новые извитки [26]. Для сохранения упругих свойств шерсти ее промывают при возможно малых концентрациях соды, а затем прополаскивают в чистой воде для удаления остатка щелочи с поверхности волокон. Добавляя в раствор хлористый натрий, можно уменьшить вредное влияние соды на шерсть. Соль способствует уменьшению набухания и эффекту свойлачивания, сохранению упругости шерстяных волокон [70].

Шерсть, которая промыта в слабощелочной среде, мало электризуется. Почвенные загрязнения лучше уходят в осадок при pH 9-10 моющей жидкости. Расход моющих средств увеличивается на 50 - 100%, если промывка шерсти производится в нейтральной и кислой среде [71].

Использование большого количества растительных и животных жиров при производстве мыла способствовало созданию синтетических моющих средств (СМС). Они обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционным мылом. Растворы СМС нейтральны, так как являются солями жирных кислот и сильных оснований. При взаимодействии с солями жесткости растворы СМС не образуют нерастворимых соединений. Они позволяют промывать шерсть как в слабощелочной, кислой, так и в нейтральной средах.

При обработке шерсти в кислой среде увеличивается количество дисульфидных связей, что улучшает их механические показатели волокон, в частности разрывное удлинение пуховых волокон мериносовой шерсти возрастает на 17%, и способствует приданию дополнительной термической устойчивости кератину шерсти.

Расход синтетических моющих средств экономичнее мыла, кроме того, расход соды также уменьшается. При использовании СМС на поверхности шерстяных волокон не образуется пленка, препятствующая их равномерному окрашиванию, не снижаются ценные физико-механические свойства шерсти, уменьшается свойлачиваемость волокон [72]. Кроме того, СМС являются прекрасными ПАВ, которые образуют в воде стойкую пену и полуколлоидные растворы. Например, ОАО «Борская фабрика ПОШ» использует анионактивное моющее средство НМС- 243. Анионоактивные ПАВ целесообразно использовать в слабощелочной или нейтральной среде. Они активно адсорбируются кератином в кислой среде [10].

Наилучшей моющей способностью из анионактивных ПАВ обладает сульфанол. Оптимальный температурный режим раствора 50°С. Концентрация ПАВ должна быть не менее 4 г/л для удаления жира и не менее 1 г/л - для удаления загрязнений. Режим промывки шерсти с применением сульфанола определяют в зависимости от вида шерсти, ее жиропотности и загрязненности. С целью улучшения моющей способности СМС добавляют кальцинированную соду и поваренную соль (для снижения негативного воздействия соды на шерсть). Процесс промывки с применением СМС проходит значительно быстрее: в течение 2 мин. в каждой барке вместо 5 мин. Кроме того, использование сульфанола влечет за собой снижение в моечных растворах концентрации соды в два раза [73].

Неионогенные СМС отличаются высокой диспергирующей способностью и препятствуют оседанию загрязнений. Они устойчивы к кислотам и щелочам, обладают хорошим защитным коллоидным действием. Существенный их недостаток в том, что их применение приводит к увеличению свойлачиваемости шерсти в процессе промывки.

Получать растворы с более высокой моющей способностью можно за счет смешивания ионогенных и неионогенных препаратов. Наилучший эффект от добавки неионогенного моющего вещества (превоцелла) к анионактивному (сульфанолу, сульфонату) получается при их соотношении 1:10 [74]. В результате адсорбция моющих средств на нешерстяные компоненты увеличивается, а на волокно -снижается. Недостатком применения СМС является то, что они биологически нерасщепляемые, что затрудняет процесс очистки сточных вод.

Авторами [75] предложен способ очистки шерстяного волокна, в основе которого лежит циркуляция моющего раствора через фиксированный слой шерсти. Это позволяет уменьшить свойлачиваемость шерсти, модуль ванны, расход воды и химреагентов. Усложняет и удорожает данную технологию то, что предполагается использовать оборудование периодического действия низкой производительности при высоком давлении моющего раствора. Внедрение данной технологии не осуществлено.

Современные шерстомойные линии, например линия ЛП-140-1, имеют в своем составе трепальную, промывную и сушильную части. Промывная часть содержит пять ванн (барок) с отжимными устройствами для интенсификации процесса промывки и механического удаления грубокапиллярной влаги из волокон шерсти перед сушкой. В Ивановской государственной текстильной академии проведена работа по замене в отжимах составных валов покрытий из джута на покрытия с обрезиненными армированными дисками. Применение валов с таким покрытием позволяет снизить не только остаточную влажность грубой шерсти на 16 - 19%, но и ее неравномерность по рабочей ширине валов на 6 - 8% [76].

В Египте осуществлены работы [77, 78] по исследованию влияния биокарбонизации на удаление растительных примесей в процессе первичной обработки шерсти. Этот метод очистки основан на применении биологически активных препаратов, содержащих пектолитические и целлюлолитические ферменты. Данный штамм фермента вызывает разложение пектина растительных тканей и удаление лигнина. При этом прочностные характеристики и щелочная растворимость волокна не изменяются, что относится к достоинствам метода. Недостатком является необходимость дополнительной промывки шерсти.

В Болгарии предложен комбинированный способ [79] промывки шерсти с использованием ультразвука и протеолитических ферментов типа Bioprot Multi и Bioprot Gentle. На поверхности волокна при данном способе промывки обнаружена повышенная концентрация тирозана, что свидетельствует о высоком уровне поверхностного гидролиза. Ультразвуковая обработка способствует образованию гидроксильных радикалов и водорода [80], вследствие чего происходит частичное удаление органических жирных кислот и ускорение на 10% ферментативно-катализирующих реакций [81]. Протеолитические ферменты могут легко проникать внутрь волокна, тем самым происходит утонение кутикулы и снижение прочности [82]. Достоинством метода является уменьшение свойлачиваемое™ и усадки волокон, улучшение экологичности сточных вод, снижение энергозатрат процесса промывки. Недостаток - существенная потеря прочности волокна.

Альтернативой очистки шерсти в водных растворах является очистка органическими растворителями. Для очистки шерсти органическими растворителями применяются два способа: чистое экстрагирование; комбинированный или двухстадийный процесс.

Чистое экстрагирование шерстного жира с поверхности волокна проводят, используя один растворитель. В Швеции в процессе чистого экстрагирования применяли петролейный эфир и керосин; в Австралии - уайт-спирит; в Англии - тетрахлорэтилен и т.д. [73].

При экстрагировании с помощью уайт-спирита немытой шерсти с последующим удалением избытка растворителя на отжимных валах используется струйная промывка водой и сушка подогретым воздухом. Отработанный растворитель отделяют от грязи и вновь используют в производстве. Очистка шерсти с применением в качестве растворителя керосина основана на замачивании шерсти после трепания керосином, а затем продвижении на вибрирующей сетке по барке с растворителем. Отделившиеся от волокон растительные и минеральные примеси проваливаются под сетку, а шерстный жир растворяется в керосине. Далее сырье освобождают от растворителя с помощью отжимных валов и водной промывки. Достоинство метода в том, что решена экологическая проблема очистки сточных вод, выход мытой шерсти увеличивается на 5 - 8 % за счет исключения щелочного растворения волокон. Недостатком метода является то, что шерсть получается «мутной» и недомытой. Дополнительная промывка водными растворами моющих средств вызывает сильное свойлачивание шерсти, что повышает количество очесов в дальнейшей переработке.

Бельгийские ученые предложили после экстрагирования с использованием уайт-спирита не подвергать шерсть промывке, а ограничиться трепанием ее на кардочесальных машинах с использованием очищающих механических устройств [83].

Непрерывный комбинированный метод предполагает две стадии: первая - обезжиривание шерсти органическими растворителями, вторая - промывка водными растворами моющих средств и ополаскивание водой в нескольких барках [84].

Очистка шерсти от загрязнений по технологии непрерывного чистого экстрагирования с помощью трех растворителей осуществлена в Бельгии. В качестве растворителей используются гексан, изопропиловый спирт и вода. Экстракция загрязнений производится по следующей схеме: гексан - водный раствор изопропилового спирта - гексан. Под действием гексана происходит частичное растворение жира, что способствует более легкому удалению почвенных загрязнений, прочно удерживающихся на поверхности шерстяных волокон [10]. Достоинство метода состоит в том, что выход мытой шерсти увеличивается на 8%, выход шерстного жира составляет 85-90%, полученный ланолин отличался высоким качеством, количество очесов сокращается на 3, 7% [10, 75]. Недостатки метода: значительные эксплуатационные затраты за счет применения дорогостоящих органических растворителей, высокая стоимости оборудования и обслуживания его, повышенная пожароопасность.

Таким образом, способ очистки шерсти органическими растворителями позволяет утилизировать шёрстный жир. При использовании этого способа образуется незначительное количество сточных вод, наблюдается малоотходность производства. После обработки шерсти органическими растворителями волокна становятся ломкими. Процесс вторичного трепания запрещён, так как в атмосфере цеха образуется шерстяная пыль, количество которой значительно превышает нормы ПДК. Данный способ не получил широкого распространения в связи с невозможностью очистки сильнозагрязнённой шерсти, дороговизны оборудования, необходимости постоянного присутствия высококвалифицированного персонала, а также токсичности и взрывоопасности технологии [10, 72].

В сушильной части производится удаление из мокрой шерсти влаги и приведение массы волокна в гигроскопическое равновесное состояние с окружающей атмосферой. Конвективный метод, используемый в практике сушки шерсти на сушильных машинах в производствах ПОШ, заключается в подводе тепла к высушиваемому материалу и удалении из него влаги путем ее диффузии в поток теплоносителя, принудительно продуваемого через слой мытой шерсти. Химически связанная влага и частично поверхностная в пределах нескольких молекулярных слоев не может быть удалена в условиях ПОШ даже при температурах сушки выше предельных. В мытой сухой шерсти обязательно должна присутствовать остаточная поверхностная (равновесная) влага как пластификатор, предупреждающий повреждение волокна при дальнейшей переработке, например в чесании.

Интенсивность процесса сушки, т.е. скорость понижения равновесной влажности до установленных норм в зависимости от вида шерсти (12%<ф<19%), может быть достигнута путем увеличения расхода теплоносителя (подогретого атмосферного воздуха) и температуры высушиваемого материала или совокупностью этих двух факторов. Но, так как овечья шерсть термолабильна по своей природе, 1Предельная°С<110°С, выше которой начинаются ее структурные изменения. Это накладывает определенные ограничения на повышение температуры теплоносителя в целях сохранения исходных физико-механических свойств шерсти. Поэтому процесс сушки шерсти желательно проводить при температурах ниже предельной.

В отечественной практике шерсть сушат на сушильных машинах барабанного типа (модели ЕВ-2). В основу сушки шерсти на данных сушильных машинах положен метод конвективной сушки, сочетающий в себе в основном явление термогравитации и в незначительной мере эффект принудительной «конвекции» через ее слой. Процесс сушки проходит при температурах, намного превышающих предельную температуру (температура сушки мытой шерсти по секциям составляет: от 55°С - I и VI до 120°С - II и V) и отрицательно влияющих на механические свойства волокон шерсти.

Процесс сушки протекает при предельной температуре, что является причиной, во-первых, разрушения структуры волокна, вследствие чего понижаются характеристики прочности и эластичности шерстяных волокон, во-вторых, повышения экологического риска за счет выброса в атмосферу продуктов горения углеводородного топлива, используемого для получения перегретого пара на сушку шерсти.

Анализ показал [85], что позитивный эффект сушки может быть достигнут при перераспределении движения потоков атмосферного воздуха по зонам сушки. Один из источников повышения эффективности процесса сушки и сохранения качества шерсти -более полное использование потенциала эффекта фильтрующей «конвекции» за счет дополнения его термографическим методом сушки. К достоинствам данного метода можно отнести увеличение объема агента сушки (с 30 до 85 тыс. м3/ч), максимальное использование потенциала смешивающих вентиляторов каждого барабана, снижение количества потребляемой энергии для сушки при температурах в зонах сушки значительно ниже предельных, повышение КПД до 65 - 75%, сохранение физико-механических свойств шерстяного волокна.

Прессование производится с целью уменьшения объема шерсти для экономного использования транспорта, снижения стоимости перевозок и уменьшения площади складских помещений. Прессование осуществляется на гидравлических и пневматических прессах. Данный процесс не влияет на физико-механические свойства шерстяного волокна, поэтому данному этапу не уделяется особого внимания.

Требования к качественной очистке шерстяного сырья в процессе первичной обработки шерсти заключаются в том, чтобы, удаляя нешерстяные компоненты, максимально сохранить природные свойства волокна [86]. С этой точки зрения рассмотренные в данном разделе современные методы очистки сырья в процессе первичной обработки шерсти не удовлетворяют этим требованиям: применение данных методов приводит к снижению прочностных характеристик волокна, не дает эффекта комплексного положительного воздействия на волокно, возрастают энергозатраты, и ухудшается экологическая составляющая процесса переработки. Следовательно, актуальной становится разработка новых экологически чистых способов, позволяющих улучшать показатели физико-механических и технологических свойств шерстяных волокон за счет модификации исходного сырья электрофизическими методами.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >