Способ карбонизации волокон из шерсти и устройство для его осуществления

Группа изобретений используется в подготовительных операциях крашения шерстяных волокон в текстильном производстве и обеспечивает упрощение устройства, уменьшение стоимости производственных затрат. В устройстве емкость разделяют на первую камеру и вторую камеру равного объема электропроводной и заземленной диафрагмой; вводят в первую камеру анод, во вторую камеру катод при расположении анода относительно диафрагмы в 5-20 раз дальше катода; в воду первой камеры вводят (г/л): соли серной кислоты 50-125 г/л, порошок алюмосиликатов 5-30 об.%, создавая дисперсионную смесь (ДС); загружают в первую камеру волокна из шерсти; подают на электроды напряжение постоянного тока, создающее напряженность электрического поля величиной 50-200 В/м; причем на катод подают потенциал по модулю в 5-20 раз меньший, чем на анод. Пропитывают и выдерживают волокна из шерсти в течение 10-25 мин; при этом перемешивают ДС, перемешивают воду во второй камере; волокна из камеры выгружают, отжимают, просушивают; проводят термообработку при 100-110°С, загружают в первую камеру, промывают холодной водой, нейтрализуют остатки серной кислоты в волокнах в 2%-ных растворах соды, или аммиака, или уксуснокислого натрия, снова промывают, выгружают из первой камеры, отжимают. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Группа изобретений относится к способам карбонизации волокон из шерсти и устройствам для их осуществления, используется в подготовительных операциях крашения шерстяных волокон в текстильном производстве.

Известны способы карбонизации волокон из шерсти серной кислотой, хлористым водородом, соляной кислотой, хлористым алюминием или магнием [см. Бернард В. Практика беления и крашения текстильных материалов. - «Легкая индустрия», 1971. - с.300-303], целью которых является удаление из шерсти целлюлозных примесей, ухудшающих внешний вид тканей (репей, остатки корма, затканные нити из целлюлозных волокон). В частности, имеется способ карбонизации шерстяных волокон, включающий введение в воду емкости серной кислоты до концентрации ее водного раствора 3-7,5%, загрузку шерстяных волокон в емкость, выдержку их при температуре 20-25°С в течение 30-45 мин, удаление избытка кислоты из волокон, отжим до 70-100%, просушку при 70-90°С, термообработку при температуре 100-110°С в течение 3-7 мин, промывку холодной водой, нейтрализацию остатков кислоты в волокнах в 2%-ных растворах соды, аммиака или уксуснокислого натрия и добавочную промывку, выгрузку шерстяных волокон из емкости [см. Балашова Т.Д., Булушева Н.Е., Новорадовская Т.С., Садова С.Ф. Краткий курс химической технологии волокнистых материалов. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984, - с.50, 51].

Недостатком приведенных известных способов-аналогов является недостаточная эффективность процесса карбонизации, большая, до 40 мин длительность процесса, высокая стоимость производственных затрат, повышенная опасность работы из-за необходимости хранения концентрированной серной кислоты в специальных хранилищах, транспортировки серной кислоты в хранилище и из хранилища в ванну для карбонизации, высокая стоимость производственного процесса.

Известны устройства для карбонизации волокон из шерсти, включающие емкость для водного раствора кислоты, приспособление для загрузки и выгрузки из емкости волокон из шерсти, отжимающее волокна из шерсти приспособление [см. Бернард В. Практика беления и крашения текстильных материалов. - М.: Легкая индустрия, 1971, - с.302, 303]. В частности, имеется устройство для осуществления способа карбонизации волокон из шерсти, включающее емкость для их карбонизации, емкости для хранения концентрированной серной кислоты, трубопроводы, запорную арматуру для подачи серной кислоты в воду емкости для карбонизации, дозатор подачи кислоты в емкости для карбонизации, приспособление для загрузки и выгрузки из емкости волокон из шерсти, отжимающее волокна из шерсти приспособление [см. Балашова Т.Д., Булушева Н.Е., Новорадовская Т.С., Садова С.Ф. Краткий курс химической технологии волокнистых материалов. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984, - с.50-51].

Недостатком известных устройств-аналогов является их сложность, громоздкость, недостаточная эффективность, большая длительность процесса карбонизации в них волокон из шерсти, высокая стоимость устройств и проводимого в них процесса карбонизации, повышенная степень опасности при эксплуатации устройств, недостаточная эффективность их работы, относительно большое время для проведения полного процесса карбонизации, высокая стоимость работ, проводимых на данного типа устройствах.

Наиболее близким техническим решением того же назначения к заявляемому способу по совокупности существенных признаков и максимально достижимому положительному эффекту и потому принятым за прототип является способ карбонизации шерстяных волокон [см. патент RU 2300588 С1 03/11/2005 C1 03/11/2005], в котором емкость разделяют на первую камеру и вторую камеру диафрагмой; вводят в первую камеру анод, во вторую камеру катод; в воду первой камеры вводят соли серной кислоты 50-200 г/л, порошок алюмосиликатов 5-30 об.%; загружают в первую камеру волокна из шерсти; подают на электроды напряжение постоянного тока 5-35 В; волокна из шерсти пропитывают и выдерживают в течение 10-25 мин, выгружают из первой камеры, отжимают, просушивают, проводят термообработку при 100-110°С, загружают в первую камеру, промывают холодной водой, нейтрализуют остатки серной кислоты в волокнах в 2%-ных растворах соды, или аммиака, или уксуснокислого натрия, снова промывают, выгружают из первой камеры, отжимают.

Недостатком известного способа-прототипа является его высокая стоимость.

Наиболее близким техническим решением того же назначения к заявляемому устройству по совокупности существенных признаков и максимально достижимому положительному эффекту и потому принятым за прототип является устройство для осуществления способа карбонизации шерстяных волокон [см. патент RU 2300588 C1 03/11/2005], включающее емкость; первую камеру, вторую камеру в емкости; диафрагму между камерами; анод в первой камере, катод во второй камере; дозатор для введения в воду первой камеры солей серной кислоты, порошка алюмосиликатов; приспособление для загрузки в первую камеру, выгрузки из нее волокон из шерсти; отжимающее волокна приспособление; сушильную камеру; камеру для термообработки волокон.

Недостатком известного устройства-прототипа является его сложность, громоздкость, высокая стоимость устройства.

Единый технический результат группы изобретений - упрощение устройства, уменьшение стоимости производственных затрат.

Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту-способу достигается тем, что емкость разделяют на первую камеру и вторую камеру равного объема электропроводной и заземленной диафрагмой; вводят в первую камеру анод, во вторую камеру катод при расположении анода относительно диафрагмы в 5-20 раз дальше катода; в воду первой камеры вводят (г/л): соли серной кислоты 50-125 г/л, порошок алюмосиликатов 5-30 об.%, создавая дисперсионную смесь (ДС); загружают в первую камеру волокна из шерсти; подают на электроды напряжение постоянного тока, создающее напряженность электрического поля величиной 50-200 В/м; причем, на катод подают потенциал по модулю в 5-20 раз меньший, чем на анод; пропитывают и выдерживают волокна из шерсти в течение 10-25 мин; при этом перемешивают ДС, перемешивают воду во второй камере; волокна из камеры выгружают, отжимают, просушивают; проводят термообработку при 100-110°С, загружают в первую камеру, промывают холодной водой, нейтрализуют остатки серной кислоты в волокнах в 2%-ных растворах соды, или аммиака, или уксуснокислого натрия, снова промывают, выгружают из первой камеры, отжимают.

Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту - устройству достигается тем, что включает емкость; первую камеру и вторую камеру равного объема в емкости; заземленную электропроводную диафрагму между камерами; анод в первой камере, катод во второй камере, при расположении анода относительно диафрагмы в 5-20 раз дальше катода; дозатор для введения в воду первой камеры солей серной кислоты, порошка алюмосиликатов; приспособление для загрузки и выгрузки из первой камеры хлопчатобумажных тканей; приспособление-смеситель в первой камере; приспособление-смеситель во второй камере; отжимающее волокна приспособление; сушильную камеру; камеру для термообработки волокон.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Устройство для осуществления способа карбонизации волокон из шерсти содержит емкость 1; первую камеру 2 и вторую камеру 3 равного объема в емкости 1; электропроводную и заземленную диафрагму 4 между первой камерой 2 и второй камерой 3; катод 5 во второй камере 3 и анод 6 в первой камере 2; анод 6 расположен от диафрагмы 4 в 5-20 раз дальше, чем катод 5; дозатор 7 для введения в воду первой камеры 2 солей серной кислоты, порошка алюмосиликатов; приспособление 8 для загрузки и выгрузки из первой камеры волокон из шерсти; приспособление-смеситель 9 в первой камере 2; приспособление-смеситель 10 во второй камере 3; отжимающее волокна приспособление 11; сушильную камеру 12; камеру для термообработки волокон 13.

Указанные в формуле пределы величин параметров обработки выбраны по следующим соображениям. Количества солей серной кислоты в пределах 50-125 г/л достаточно, чтобы из них образовалась в анодной камере серная кислота концентрацией 3-7,5%, по количеству достаточной для процесса карбонизации; минимального количества порошка алюмосиликатов 5 об.% достаточно для карбонизации волокон из шерсти при максимальном напряжении на электродах, создающих напряженность электрического поля величиной 200 В/м при минимальной концентрации солей серной кислоты 50 г/л, которые под действием электрического поля превращаются в серную кислоту концентрацией 3%, минимальном времени выдержки волокон из шерсти в растворе кислоты 10 мин; максимального количества порошка алюмосиликатов 30 об.% достаточно для карбонизации при минимальном напряжении на электродах, создающих напряженность электрического поля величиной 50 В/м, максимальном содержании солей серной кислоты 125 г/л, которые под действием электрического поля превращаются в серную кислоту концентрацией 7,5%, максимальном времени выдержки обрабатываемого материала в камере с анодом 25 мин.

Пример 1. Емкость с корпусом и крышкой 1 из пластиката толщиной стенок 0,015 м, в виде параллелепипеда внутренними размерами: высотой 1,5 м, сечением в плане 1,7×2,6 м² разделяют на две камеры 2 и 3, устанавливая внутри большей по поперечному сечению второй камеры 3, первую камеру 2 из пластиката толщиной стенок 0,015 м в виде куба с ребрами размером 1,5 м, одна из боковых сторон которого выполнена так, что имеет сквозные отверстия диаметром 0,005 м, с шагом 0,01 м, обтянута заземленной графитовой тканью и потому являющаяся перегородкой между камерами со свойствами фильтра тонкой очистки воды - диафрагмой 4; диафрагму 4 заземляют; в первую камеру 2 около стенки, противоположной стенке со сквозными отверстиями, вводят плоский графитовый анод 6, причем, первая камера 2 с анодом 6 предназначена для пропитки и выдержки волокон из шерсти в водном растворе серной кислоты; во вторую камеру 3 против стенки камеры 2 со сквозными отверстиями вводят плоский графитовый катод 5, таким образом создают конструкцию двухкамерного диафрагменного электролизера, катод 5 и анод 6 которого разнесены от диафрагмы 4 на различные расстояния, а именно: в первой камере 2 анод 6 расположен от диафрагмы в 15 раз дальше, чем катод 5 во второй камере 3, соответственно этому по поперечному сечению перпендикулярно катоду 5, аноду 6 и диафрагме 4 первая камера 2 в 15 раз по размеру длиннее, чем вторая камера 3, при равенстве общих объемов обоих камер (по 3,375 м²), и катод 5 выполнен с возможностью подачи на него напряжения постоянного тока в 15 раз меньшее по величине, чем на анод; в воду первой камеры 2 вводят дозатором 7 медный купорос в количестве 100 кг (~30 г/л), в равных объемах смесь порошков амфотерных алюмосиликатов - монтмориллонита и талька в количестве 506 кг (15 об.%); подают на анод 6 потенциал величиной +100 В, на катод 5 потенциал величиной -10 В, при этом разность электрических потенциалов составляет 110 В, создается электрическое поле величиной напряженности ~70 В/м, таким образом, на катод 5 подают потенциал по модулю в 10 раз меньший, чем на анод 6; загружают приспособлением 8 волокна из шерсти в первую камеру 2; пропитывают и выдерживают волокна из шерсти при температуре 22°С в течение 15 мин при перемешивании водного раствора серной кислоты концентрацией 5,5% приспособлением 9, аналогом смесителя воды в стиральной машине, причем, кислота получается из медного купороса под действием электрического поля, при этом непрерывно перемешивают воду во второй камере 3 приспособлением 10 - водяным насосом погружного типа со шлангом длиной 2,5 м; волокна выгружают приспособлением 8, отжимают приспособлением 11 до 80%, просушивают в сушилке 12 при температуре 80°С, термообрабатывают в приспособлении 13 при температуре 110°С в течение 5 мин, вновь загружают в первую камеру 2, промывают холодной водой; нейтрализуют остатки кислоты в волокнах в 2%-ном растворе соды, добавочно промывают, выгружают из первой камеры 2 приспособлением 8.

Использование данной группы технических предложений позволяет упростить, уменьшить за счет введения первой камеры во вторую камеру габариты устройства для карбонизации, в два раза сократить по сравнению со способом-прототипом затраты электроэнергии на процесс карбонизации.

Таким образом, изложенные данные свидетельствуют о выполнении при использовании заявленной группы изобретений следующей совокупности условий:

- средства, воплощающие заявленную группу изобретений при их осуществлении, предназначены для карбонизации волокон из шерсти при подготовке к покраске в текстильной промышленности;

- для заявленной группы изобретений в том виде, как они охарактеризованы в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность их осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов.

Следовательно, заявленная группа изобретений соответствует условию «промышленная применимость».

1. Способ карбонизации волокон из шерсти, заключающийся в том, что емкость разделяют на первую камеру и вторую камеру диафрагмой; вводят в первую камеру анод, во вторую камеру катод; в воду первой камеры вводят (г/л): соли серной кислоты 50-125 г/л, порошок алюмосиликатов 5-30 об.%; загружают в первую камеру волокна из шерсти; подают на катод и анод напряжение постоянного тока; волокна выдерживают в течение 10-25 мин, выгружают из первой камеры, отжимают, просушивают, термообрабатывают при 100-110°С, загружают в первую камеру, промывают холодной водой, нейтрализуют остатки серной кислоты в волокнах в 2%-ных растворах соды, или аммиака, или уксусно-кислого натрия, снова промывают, выгружают, отжимают, отличающийся тем, что емкость разделяют на две камеры равного объема; электропроводную диафрагму заземляют; анод располагают от диафрагмы в 5-20 раз дальше, чем катод; подают на катод и анод напряжение постоянного тока, создающее напряженность электрического поля величиной 50-200 В/м; на анод подают потенциал по модулю в 5-20 раз меньший, чем на катод; перемешивают дисперсионную смесь в первой и воду во второй камерах.

2. Устройство для осуществления способа карбонизации волокон из шерсти, содержащее емкость; первую камеру и вторую камеру в емкости; анод в первой камере, катод во второй камере; диафрагму между камерами; дозатор для введения в воду первой камеры солей серной кислоты, порошка амфотерных алюмосиликатов; приспособление для загрузки и выгрузки из первой камеры волокон из шерсти; отжимающее волокна приспособление; сушильную камеру; камеру для термообработки волокон, отличающееся тем, что первая и вторая камеры в емкости имеют равные объемы; диафрагма электропроводна и заземлена; анод расположен от диафрагмы в 5-20 раз дальше, чем катод; предусмотрены также приспособление-смеситель в первой камере; приспособление-смеситель во второй камере.