Современные БЫТОВЫЕ ЭЛЕКТРОПРИБОРЫ И МАШИНЫ

Загрязнение и стирка текстильных материалов

Стирка тканей представляет собой комплекс тепловых и механи­ческих воздействий на загрязненную ткань с помощью моющих средств и удаление загрязнения моющими и ополаскивающими растворами. Так как в процессе стирки участвуют ткани, загрязнители и моющие средства, рассмотрим их физические и химические свойства.

Ткани. В промышленно развитых странах умеренного климата из общего количества потребляемых текстильных материалов на одежду расходуется 35—40 %, а на хозяйственные потребности (спальное белье, полотенца, скатерти и др.) — 20—25 %.

В настоящее время используют ткани трех типов: натуральные, химические и смешанные.

* Материалы для натуральных тканей образуются в природе (хлопок, лен, шерсть, шелк), химические (искусственные и синтетические) изго­товляются промышленностью на основе физико-химических процессов (капрон, вискоза, ацетат, дедерон и др.), смешанные ткани в своем составе имеют определенный процент натуральных волокон..

* Объем производства тканей на основе химических волокон резко увеличивается. Так, еще в 1980 г. натуральных тканей промышлен­ностью было выпущено 51 %, а химических 49%. К 2000 г. предпола­гается, что натуральных тканей будет только 35 %, а химических — 65%, из них нетканных материалов — 20%. По данным зарубежных специалистов, к 2000 г. натуральные ткани составят 26%, а химиче­ские и смешанные — 74 %.

Для рассмотрения процессов стирки введем некоторые определения.

Отстирываемость определяется путем сравнения белизны исходной ткани с загрязненной и стиранной. Белизна определяется коэффициен­том отражения синего спектра света от испытываемого образца ткани. Измерение производят лейкометром. Отстирываемость (в %) опреде­ляют по формуле

Где Бс — белизна (отражательная способность) искусственно загрязненного образца после стирки; Б3 — белизна загрязненной ткани; Би — белизна ткани в исходном состоянии.

Потеря прочности ткани (в %) показывает, на сколько уменьши­лась прочность тканн на разрыв после 20 стирок:

П=.п'-Ц1 юо,

Пи

Где /7„— прочность исходных образцов (среднеарифметическое значение); Пс — прочность стиранной ткани.

Остаточная нлажность (в %) определяется количеством воды в ткани, оставшейся после отжима:

В = т2~т‘ Ю0, (3.1)

1711

Где га| — масса сухого белья; Ш2 — масса белья после отжима.

Эффективность полоскания (в мг-экв/л) определяется щелочностью воды грсле последнего полоскания относительно водопроводной воды и выражается формулой

Д=М2-Мь

Где' /Иг — щелочность воды после последнего полоскания; М — щелочность водопроводной воды.

Способность материалов поглощать воду оценивается водопогло - щаемостью, водоемкостью и капиллярностью.

Водопоглощаемость (в %) характеризуется количеством погло­щенной воды при полном погружении материала в воду:

Вп=-1к~-т ЮО,

Т

Где тв — масса образца после замачивания; га — начальная масса.

Водоемкость (нам окаем ость) (в г/м2) материала выражает коли­чество поглощенной воды в г в пересчете на 1 м2:

Гав — га

Ве =“

И

Где И — площадь замоченного образца.

Капиллярность ткани характеризуют высотой й, на которую подни­мается влага через определенное время.

Практика показала, что хлопчатобумажная ткань загрязняется быстрее, чем льняная, а отстирывается значительно труднее. Шерстя­ные ткани более склонны к загрязнению, так как имеют крупнопористую структуру.. Кроме того, имеющиеся в шерсти химические группы СО—1МН вызывают притяжение загрязнений. Синтетические мате­риалы, будучи хорошим диэлектриком, обладают способностью накап­ливать электрический заряд, усиленно притягивают загрязнение.

Свойства тканей можно разделить на три группы: механические (прочность, удлинение, эластичность, сминаемость, склонность к изна­шиванию); гигиенические (воздухопроницаемость, зольность); физи­ческие (усадка, легкость очистки, плотность, гигроскопичность, белизна, тепловые свойства).

Шерстяные ткани, мягкие, эластичные, имеют хорошие гигиенические показатели.

Однако при нагревании до 100—105 °С шерстяные ткани разрушаются. Стирать шерстяные ткани рекомендуется при тем­пературе не выше 50 °С, а отжимать в «де­ликатных» режимах. Аналогично должна быть ограничена температура сушки шер­стяных тканей.

Из этого примера видно, что важной характеристикой ткаии является тепло­устойчивость.

Теплоустойчивость материала оцени­вается максимальной температурой, выше которой начинается ухудшение свойств материалов, препятствующее их использованию. Например, нагревание хлопчатобумажной ткани в течение 1 ч приводит к уменьшению ее прочности (рис. 3.1).

Изделия из искусственного волокна (вискоза, ацетатный шелк и др.) обладают устойчивостью к температуре 110—120 °С, рекомендуемая температура их сушки 60 °С.

Следует отметить, что синтетические ткаии (капрон, лавсан) устой­чивы к истираиию. Некоторые химические материалы теряют проч­ность в мокром состоянии (вискоза, ацетат) до 40%. Натуральные волокна, такие как шерсть, натуральный шелк, в мокром состоянии теряют прочность, а хлопок наоборот становится прочнее.

Потеря прочности мокрой ткани из химических волокои тем больше, чем выше гигроскопичность ткани. Поэтому следует избегать механи­ческих воздействий иа ткань как во время стирки, так и при сушке. Как показала практика, в мокром состоянии, льняная ткань больше склонна к изнашиванию, обусловленному трением, чем хлопчатобумаж­ная. В то же время в сухом состоянии льняная ткань лучше противо­стоит изнашиванию, чем хлопчатобумажная. Характеристика тепло­стойкости некоторых видов тканей приведена в табл. 3.1.

Некоторые стиральные машины включают в цикл обработки белья сушку ткани. Поэтому знание тепловых свойств тканей необходимо

Для оптимизации процесса сушки, а также при разработке сушиль­ных машин.

При сушке ткань обдувается потоком нагретого воздуха. Количество теплоты <2Ь проходящее из среды с температурой 1 в среду с темпе­ратурой /2 через изолирующий слой толщины Ь и площадью ^ за время Т,

<2,= [(Ь-и)/Ь) т,

Где X — теплопроводность, Вт/(м-К).

Теплопроводность [Вт/(м-К)1 характеризует, какое количество теплоты проходит через материал толщиной 1 м, площадью 1 м2, в те­чение 1 ч при разности температур в 1°:

.. ?■» ■ '

(*1-Ь) /т

Так как текстильные материалы имеют различную толщину, то вводят коэффициент теплопередачи [Вт/(м2-К)]:

Х - О - К~Т~ (/,-/*) /т '

Для некоторых материалов значения К приведены ниже: вода — 0,50, воздух — 0,02, шерсть — 0,03, шелк — 0,04, лен — 0,04, хлопок — 0,05.

Поскольку текстильные материалы имеют пористое строение с воз­душными прослойками между отдельными волокнами и нитями, их тепловое сопротивление мало зависит не столько от вида волокон, сколько от их строения (пористости). Следует знать, что теплопро­водность воздуха меньше теплопроводности волокон. Если поры мелкие и «задерживают» воздух, то тепловое сопротивление таких материалов высокое, т. е. материал является ячеечной структурой для хранения теплоизолирующего воздуха. Если поры крупные и сквозные, то они не препятствуют свободному перемещению воздуха и теплоизолирующие свойства материала ухудшаются.

Теплоемкость влажной ткани, содержащей 1 кг сухой ткани,

Свл. т 0,01В,

Где Ст — теплоемкость сухой ткани, в расчетах принимаются Ст = 0,33 кДж/ (кг - К); В — влажность ткани (масса воды, приходящаяся на единицу массы абсолютно сухой ткани), %.

Бытовые загрязнения. В состав бытовых загрязнений тканей входят следующие основные компоненты: вещества, растворимые в воде и легкоудаляемые с волокон; вещества, растворимые в воде и активно оседающие на волокно; белковые и жировые вещества, а также неорга­нические пигменты.

Основными растворимыми веществами, не имеющими сродства к во­локну, являются поваренная соль, мочевина (выделяется, в основном, из пота). Они удаляются из ткани относительно легко водой прн невы­сокой температуре 50—70 °С.

Веществами, растворимыми в воде и имеющими сродство к волокну, являются красящие вещества: чернила, кофе, чай, соки, вино и др. Эти вещества прочно связываются с волокном и удаление их произво­дится путем химической отбелки (синтетическими моющими средствами, отбеливающими средствами).

Белковые вещества вследствие их набухания в щелочной и горячей среде моющего раствора удаляются с ткани легко, но требуют весьма продолжительного воздействия. Исключение представляет кровь, кото­рая удаляется сравнительно трудно. Но в последнее время созданы синтетические моющие средства (СМС) с включением протеолитиче - ской энзимы, активно действующие на кровь. Жировые и пигментные загрязнения удаляются воздействием СМС, так как гидрофилизация и удаление их возможно благодаря поверхностной активности моющего раствора.

Самым «тяжелым» пигментом для удаления является сажа. К тому же это самый распространенный пигмент, особенно в границах города. Уникальная его способность заключается в том, что удаление воз­можно только при строгом соблюдении технологии стирки, в противном случае сажа подвергается сильному диспергированию и вторичному осаждению на волокне, что приводит к необратимому посерению ткани. Но основные компоненты уличной пыли — это неогранические карбо­наты (до 20%), силикаты (до 40%) и жиры (до 10%).

Жировые загрязнения могут быть животного или растительного происхождения или минеральными маслами. Основной состав кожно­жировых загрязнений составляют глицериды жирных кислот и около 40—45 % холестерин и его соединения. Воротнички из хлопчатобумаж­ной ткани могут удерживать до 1,2% кожных выделений. Окисление этих веществ приводит к увеличению прочности их связи с материа­лом и усилению интенсивности окраски загрязнения. Загрязнения, содержащие красители, удерживаются в материале в результате глу­бокого проникновения тонкоднсперсных частиц пигмента и адсорбции растворимых красителей.

На повышении степени загрязнения сказываются диэлектрические свойства материала. Если ткань обладает высоким объемным сопротив­лением, то возникшие при тренни заряды не стекают, а притягивают пыль из окружающей среды. В меньшей степени это также свойственно хлопку в сухом состоянии. В то же время жировые отложения прони­кают в синтетические материалы менее активно, чем в хлопчатобумаж­ные. Можно установить четыре группы видов связи загрязнений с тканью: включение макрочастиц между волокнами ткани; включение макро­частиц в дефектные участки структуры поверхности волокна (трещины, царапины); удержание инородного вещества сорбционными силами благодаря энергии межмолекулярного (Ван-дер-Ваальса) или электро­статического взаимодействия; химическое взаимодействие загрязни­теля и волокна.

Эти особенности загрязнений определяют режим обработки тканей, выбор моющих средств, температуры и степени механического воздей­ствия при стирке.

Моющие средства. Моющий процесс можно свести к следующим основным стадиям: Положительная адсорбция моющих средств иа границе раздела загрязнение — моющий раствор; смачивание ткани и загрязнений; отделение загрязнений от волокна; диспергирование и эмульгирование загрязнений в моющем растворе; стабилизация дис­персий.

Положительной адсорбцией называют накопление одного вещества на поверхности другого. Вещества, положительно адсорбирующиеся, называются поверхностно-активными (ПАВ). Физика явления заклю­чается в уменьшении поверхностного натяжения на границе раздела двух сред и проникновении моющего раствора между тканью и загряз­нением. Далее с помощью механического воздействия грязь удаляется с ткани, дробится, а образовавшиеся частицы окружаются гидрофиль­ным адсорбционным слоем ПАВ. Молекулы ПАВ проникают также в микротрещины загрязнений и разрушают их вследствие расклини­вающего эффекта тонких абсорбционных слоев. Кроме того, большин­ство обычных загрязнений при рН> 5 заряжается отрицательно и от­талкивается от ткани. В процессе стирки электростатическое поле и гидрофильный слой препятствуют сближению частиц загрязнений и осаждению их на ткань.

При разработке технологического процесса стирки необходимо учи­тывать, что активность моющего средства зависит от жесткости воды, природы ПАВ, вида ткани и др.

Под смачиванием понимают вытеснение жидкой фазой какой-либо другой фазы из твердого или жидкого тела. Диспергирование — про­цесс дробления пигментов и удержания их в жидкой фазе. Эмульги­рующая способность — возможность образования эмульсии различных жидких сред. Для моющего действия важна только эмульсия масла в воде. Под стабилизацией дисперсии понимают свойство системы текстильное волокно — загрязнение — моющее средство предотвра­щать повторное осаждение удаленного загрязнения на волокно. До­стигается это свойство введением в моющее средство карбоксилметил - целлюлозы.

Моющие средства можно разделить на две группы: жировые и синтетические. Жировые (мыло) —это химическое соединение жирных кислот с органическими или неорганическими основаниями. В состав мыла входят также соли высокомолекулярных жирных кислот. В син­тетических моющих средствах (СМС) вместо натуральных жиров при­меняют синтетические жирозаменители.

Положительной особенностью мыла является то, что оно легко выде­ляется в осадок, и не загрязняет водную среду, но действие его менее активно, так как оно требует наличия щелочи и высоких температур раствора (до 100°С). СМС примерно на 10—12% сокращает время стирки, повышают качество стирки, не требуют таких высоких темпера­тур. Так, в Японии созданы СМС, позволяющие стирать при темпера­туре 50 °С, что значительно уменьшает эксплуатационные расходы и сохраняет ткань.

В качестве сырья для изготовления синтетических моющих средств используют керосин, парафин, нафталин, фенол и др. В СМС входят ПАВ, отбеливающие средства, добавки, уменьшающие пенообразова - ние и повышающие моющую способность ПАВ, добавки для смягчения воды и снижения корродирующего действия на металлические части стиральных машин.

Молекулы моющего вещества разделяются на две группы: гидро­фильные и гидрофобные. Гидрофильность—свойство, обусловленное наличием групп COO', SO4, SO3, а также полугидрофильных остатков, например, NH—СО. Гидрофобность — водоотталкивающая способ­ность, присущая всем углеводам. Гидрофобная группа моющего сред­ства в большинстве случаев состоит из остатков насыщенного угле­водорода с длиной цепи из 10—18 углеводородных атомов.

Почти все загрязнения гидрофобны, поэтому они не смачиваются водой. Если в воде растворить моющее средство, то ее поверхностное натяжение резко уменьшится и она смочит загрязнение, заполняя микроскопические поры. Благодаря этому через молекулы моющего вещества происходит соединение воды с загрязнением, уменьшение сил сцепления ткани и загрязнителя.

При последующем механическом воздействии потоком воды загряз­нения переходят в водный раствор. При этом молекулы моющего ве­щества образуют прочные защитные пленки вокруг отмытых загряз­нений и на поверхности волокна, предотвращая повторное осаждение загрязнений на ткань.

Так как взаимодействие загрязнений и моющего вещества имеет химическую природу, то существуют оптимальные концентрации мою-, щего раствора, при которых достигается максимум моющего действия. •Кроме того, активизации химического воздействия способствует повы­шение температуры моющего раствора. Для создания отбеливающего эффекта добавляют персоли, способные разлагаться с выделением кислорода. Назначение их состоит в том, чтобы обеспечить отбелку невымываемых остатков. Однако разложение персолей происходит только при температуре раствора более 70 °С, поэтому применять их целесообразно только при стирке хлопчатобумажных и льняных тканей (табл. 3.2).

В настоящее время ведется разработка новых типов СМС с отбели­вателями, разлагающимися при температуре 40—50 °С. Создание таких СМС позволит значительно сократить расход электроэнергии на стирку.