Uprawniony z patentu: Cluett, Peabody and Co.Jnc. Nowy Jork, (Stany Zjednoczone Ameryki) Sposób merceryzacji materialu celulozowego oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób merceryzacji materialu celulozowego, to jest sposób wstepnej obróbki tkanin za pomoca cieklego amoniaku w celu zwiekszenia podatnosci tkanin na dzialanie barwników, srodków opózniajacych zaplon, zywic itp., a takze w celu lepszego przygotowania tkanin do dalszych operacji wykan¬ czajacych, oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu.Znane jest, ze materialy w celu ich merceryzacji sa poddawane dzialaniu roztworów sody kaustycznej, co powoduje ich specznianie, w wyniku czego staja sie bardziej porowate i przepuszczalne co zwieksza z kolei ich podatnosc na dzialanie barwników, srodków przeciwdzialajacych zaplonowi, zywic itp. Roztwory sody kaustycznej pogarszaja jednak jakosc wielu materialów co stwarza koniecznosc stosowania lagodniejszej obróbki pozwalajacej na osiagniecie merceryzacji bez pogarszania jakosci.Do wstepnego wykurczania materialów celulozowych i dla przystosowania wlókien celulozowych do formowania stosowano plynny amoniak, ale plynny amoniak nie nadaje sie do procesu merceryzacji miedzy innymi dlatego, ze powoduje on zbyt wielkie kurczenie (szczególnie materialów dzianych) jak równiez dlatego, ze jest klopotliwy w stosowaniu.Próbowano zmniejszyc skurcz materialu w czasie merceryzacji plynnym amoniakiem na drodze ich naciagania. Niestety, zarówno naciaganie materialu jak i kontrola naciagania stwarzaja trudnosci szczególnie w przypadku materialów dzianych. Nawet w przypadku materialów tkanych, naciag potrzebny do ograniczenia skurczu do 2% nie moze byc praktycznie stosowany a cale zagadnienie komplikuje sie dodatkowo wskutek istnienia szwów w materiale.Utrzymanie szerokosci materialu stwarza trudnosci zarówno na skutek kurczenia powodowanego plynnym amoniakiem jak i wskutek tego, ze naciaganie materialu przebiegajace latwo w kierunku osnowy zmniejsza z kolei szerokosc materialu.W obecnym stanie techniki, naciaganie okazalo sie byc niezadowalajacym srodkiem dla przeciwdzialania kurczeniu sie materialu w czasie merceryzacji plynnym amoniakiem, a merceryzacja plynnym amoniakiem pomimo mozliwosci jej stosowania nie uzyskala znaczenia praktycznego.2 70932 Celem wynalazku jest opracowanie sposobu merceryzacji materialu celulozowego który by usunal powyzej wymienione niedogodnosci. Cel ten zostal osiagniety dzieki temu, ze tkanine przesuwa sie w sposób ciagly, poddaje impregnacji plynnym amoniakiem po czym szybko rozpoczyna sie usuwanie amoniaku z zaimpregnowa¬ nej tkaniny. Korzystnie, usuwanie amoniaku z zaimpregnowanej tkaniny przeprowadza sie w czasie od okolo 0,6 do okolo 9,6 sekundy od momentu dokonania impregnacji. Usuwanie amoniaku z zaimpregnowanej tkaniny dokonuje sie* w czasie od okolo 2,5 do okolo 7,2 sekund od momentu dokonania impregnacji. Czas pomiedzy impregnacja a rozpoczeciem usuwania amoniaku uzaleznia sie od okreslonej szybkosci liniowej przesuwania tkaniny, a tkanine po zaimpregnowaniu nagrzewa sie dla przyspieszenia rozpoczecia usuwania amoniaku.Merceryzacja materialów celulozowych przy uzyciu plynnego amoniaku sposobem wedlug wynalazku stala sie mozliwa dzieki stwierdzeniu faktu, ze przy stykaniu sie wlókien celulozowych z plynnym amoniakiem, . wlókna na poczatku pecznieja promieniowo i staja sie porowate, po czym dopiero zaczynaja sie kurczyc na swej dlugosci. Zgodnie z Wynalazkiem merceryzacje materialów za pomoca plynnego amoniaku oraz usuwanie • plynnego amoniaku z materialu przeprowadza sie tak szybko, by materialy nie zdazyly sie skurczyc w nadmiernym stopniu.Zgodnie z wynalazkiem uzyto plynny amoniak do merceryzacji materialów celulozowych, w czasie której materialy zwiekszaja swoja podatnosc na dzialanie barwników, srodków opózniajacych zaplon, zywic itp., nie pogarszajac swej jakosci i nie kurczac sie nadmiernie.Wynalazek umozliwia równiez merceryzacje wielu materialów które nie mogly byc merceryzowane przy zastosowaniu roztworów sody kaustycznej, jak równiez umozliwia merceryzacje za pomoca plynnego amoniaku materialów dzianych.Sposób wedlug wynalazku ogranicza kurczenie sie (szczególnie materialów dzianych) w czasie merceryzacji przy uzyciu plynnego amoniaku, na skutek ograniczenia czasu,w którym plynny amoniak styka sie z materialem.Innym celem wynalazku jest opracowanie konstrukcji urzadzenia do stosowania wymienionego sposobu o wzglednie malych wymiarach gabarytowych, tanszego od urzadzenia stosowanego dotychczas i pozwalajacego na uzyskanie mniejszego w stosunku do poprzednio znanych urzadzen, zadanego naprezenia materialu, co jednoczesnie zmniejsza zapotrzebowanie na 9nergie.Cel wynalazku zostal osiagniety poprzez opracowanie konstrukcji urzadzenia do stosowania sposobu wedlug wynalazku zawierajacego obudowe, elementy do ciaglego przesuwania tkaniny, elementy zwilzajace do impregnacji tkaniny cieklym amoniakiem oraz elementy do usuwania amoniaku z zaimpregnowanej tkaniny, w czasie od okolo 0,6 sekund do okolo 9,0 sekund od momentu dokonania impregnacji.Przedmiot wynalazku zostanie dokladniej wyjasniony na przykladach jego wykonania przedstawionych na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie urzadzenie do stosowania sposobu* wedlug wynalazku w przekroju, fig. 2 — widok z góry szczególów urzadzenia to jest rolek kablakowych i rolki wyzymajacej z fig. 1, fig. 3 — przekrój odmiennej postaci wykonania urzadzenia do stosowania sposobu wedlug wynalazku, fig. 4 —wykres obrazujacy zaleznosc pomiedzy kurczeniem sie materialu bawelnianego w kierunku osnowy a czasem obróbki dla róznych sil naprezajacych, fig. 5 — wykres zaleznosci pomiedzy kurczeniem sie materialu bawelnianego w kierunku watku a czasem obróbki dla kilku róznych sil naprezajacych, fig. 6 — wykres zaleznosci pomiedzy wskaznikiem aktywnosci, barw a czasem poddawania materialu bawelnianego dzialaniu plynnego amoniaku, fig. 7 — mikrofotografie wlókna z nieobrabianego materialu bawelnianego, fig. 8 — mikro* fotografie ale dla materialu bawelnianego obrabianego przez jedna sekunde, fig. 9 — podobna mikrofotografie ale dla materialu bawelnianego obrabianego przez piec sekund, fig. 10-podobna mikrofotografie ale dla materialu bawelnianego obrabianego przez trzydziesci sekund.Po zanurzeniu materialu celulozowego w plynnym amoniaku, celuloza pecznieje podobnie jak wówczas gdy material celulozowy jest zanurzany w celu merceryzacji w roztworze sody kaustycznej. Charakterystyczny x ziarnisty ksztalt wlókien celulozowych zmienia sie na bardziej cylindryczny, a scianki wlókien grubieja. W tym stanie wlókna latwiej przyjmuja barwniki, srodki opózniajace zaplon, zywice itp., a takze staja sie bardziej przystosowane do dalszej obróbki.Po skreceniu wlókien celulozowych w nici, po utkaniu z tych nici materialu i po zanurzeniu materialu w plynnym amoniaku wystepuje znaczne kurczenie sie materialu. W wiekszosci materialów kurczenie jest asymetryczne i przebiega silniej w kierunku osnowy niz w kierunkuwatku. .Pasmo 11 materialu jest przesuwane ruchem ciaglym poprzez komore 12 oddzialywania amoniaku, w której umieszczona jest suszarka 13. Material jest przemieszczany poprzez uszczelnienie 14 i dalej wokól rolki 15 i rolki zwilzajacej 16 do koryta 17. W korycie 17, w poblizu jego górnej krawedzi, jest umieszczony plywak 12 polaczony z mikrolacznikiem 19. Mikrolacznik 19 dziala w obwodzie elektromagnesu 21 uruchamiajacego70932 3 zawór 22 w przewodzie zasilajacym 23. Przewód zasilajacy 23 zasila koryto 17 poprzez przewód 24 przechodzacy ' przez obudowe 25. W czasie normalnej pracy zawór reczny 26 jest otwarty a zawór reczny 27 zamkniety.W czasie przerwy w pracy lub wówczas gdy zachodzi potrzeba opróznienia koryta 17, zawór reczny 26 w przewodzie zasilajacym 23 zostaje zamkniety, a zawór reczny 27 w przewodzie 24 zostaje otwarty. Ola przeciwdzialania uchodzeniu amoniaku, w komorze 12 panuje niewielkie podcisnienie. Zapewnia je odpowietrz¬ nik 28 polaczony z odpowiednimi srodkami wyciagowymi. Odpowietrznik 28 spelnia równiez istotna role w czasie uruchamiania i wylaczania instalacji. Obudowa 25 jest wylozona po zewnetrznej i wewnetrznej stronie materialu izolacyjnym umieszczonym pomiedzy wewnetrznym 29 i zewnetrznym 31 plaszczem.- Material 11 po zwilzeniu go plynnym amoniakiem w korycie 17 jest przemieszczany na rolke 32 rozciagajaca i wygladzajaca material przed tym nim dostanie sie on pomiedzy rolki wyzymajace 33 i 34.Nadmiar amoniaku usuniety z materialu 11 przez dzialanie rolek wyzymajacych 33 i 34, a takze przez dzialanie rolki 32 zostaje przechwycony przez miske 36 i skierowany na koryta 17. Material 11 po opuszczeniu rolek wyzymajacych 33 i 34 zostaje rozciagniety i wygladzony przez rolke 35 a nastepnie skierowany zostaje do nagrzewanej plaszczowej suszarki 13 poprzez rolke wprowadzajaca 37. Z rolki tej material jest przesuwany na suchym plaszczu 38 wokól bebna suszacego 39. Plaszcz 38 jest plaszczem bez kocica i jest przesuwany wokól nagrzanego bebna 42 za pomoca rolek 41. Material opuszczajacy suszarke 13 jest prowadzony poprzez rolke 43 a nastepnie poprzez rolki 44 i uszczelnienie 45 jest wyprowadzany z komory 12 zawierajacy amoniak do dalszej przeróbki i/lub przetworzenia.Inne rozwiazanie konstrukcji urzadzenia do stosowania sposobu wedlug wynalazku pokazano na fig. 3. Jest to rozwiazanie podobne do przedstawionego na fig. 1 i 2. Róznica polega na tym, ze rolka 16a powodujaca* zanurzenie sie materialu 11 w korycie 17 ma wieksza srednice niz colka 16 na fig. 1. W komorze 12 z amoniakiem jest umieszczony nagrzewany beben 46 tak, ze material 11 przesuwa sie dotykajac do rolki 16a i do nagrzewanego bebna 46 po czym jeszcze prz^d przejsciem przez suszarke 13 i,uszczelnienie wyjsciowe 45 przesuwa sie wokól nagrzewanego bebna 46 w celu usuniecia nadmiaru amoniaku i wstepnego podsuszenia.Fig. 4 przedstawia krzywe obrazujace zaleznosci kurczenia sie materialu bawelnianego w kierunku osnowy od czasu oddzialywania plynnego materialu, dla róznych naciagów przykladowych w kierunku osnowy. Krzywe okreslone jako obciazenie siegajace od dziesieciu funtów do jednego funta zostaly ustalone doswiadczalnie i odpowiadaja odpowiednio obciazeniom od dziesieciu funtów do jednego funta na cal szerokosci materialu.Krzywa oznaczona „bez obciazenia" jest ekstrapolowana zaleznoscia skurczenia które mialoby miejsce w przy¬ padku niestosowania jakiegokolwiek naciagu. Powodem dla którego krzywa ta nie byla okreslona doswiadczalnie bylo silne marszczenie sie materialu zanurzanego w plynnym amoniaku w stanie nienaciagnietym, powaznie utrudniajace okreslenie wielkosci kurczenia.Krzywe przedstawione na fig. 4 wskazuja na mozliwosc zmniejszenia kurczenia na drodze naciagania materialu.Podobne zjawisko pokazano na fig. 5 przedstawiajacej kurczenie sie materialu bawelnianego dla kilku róznych naciagów w kierunku watku w zaleznosci od czasu oddzialywania plynnego amoniaku. Po porównaniu obu wykresów, na fig. 4 i 5 staje sie oczywiste, ze kurczenie sie materialu w kierunku watku jest znacznie mniej zalezne od naciagu i czasu niz kurczenie sie kierunku osnowy, co jest zreszta zjawiskiem korzystnym ze wzgledu na trudnosci w stosowaniu naciagu w kierunku watku. Nalezy zwrócic jednak uwage na to, ze ogólnie rzecz biorac ksztalty krzywych z fig. 4 i 5 sa zblizone do siebie co wskazuje na mozliwosc stosowania podobnej metody kontroli kurczenia w kierunku watku. Poddanie materialu dzialaniu plynnego amoniaku moze wywolac niepozadane kurczenie wymiarów materialu ale jednoczesnie powoduje pecznienie wlókien celulozowych czyli ich merceryzacje. Wynikiem pecznienia wlókien jest zwiekszenie dostepu do celulozy która staje sie bardziej porowata. Praktyczna korzyscia wynikajaca z zwiekszenia dostepu do celulozy jest jej wieksza podatnosc na barwniki, zywice itp. Jest to korzysc która normalnie uzyskuje sie wraz z innymi jeszcze korzysciami na drodze merceryzacji soda kaustyczna.Sposób okreslania stopnia merceryzacji jest podany w AATCC 89-1958 T. Sposób ten jest oparty na zjawisku wiekszego pochlaniania wodorotlenku baru przez bawelne merceryzowana niz przez bawelne nie obrabiana, co umozliwia zastosowanie wodorotlenku baru do ilosciowego okreslania stopnia merceryzacji. Przy stosowaniu tego sposobu jest istotne by nie dopuscic do obecnosci innych absorbujacych wodorotlenek baru materialów na przyklad srodków wykanczajacych lub innych wlókien.Starannie wybrane i oczyszczone wlókna z próbki (e takze z kontrolnej niemerceryzowanej partii) sa zanurzane na przeciag dwóch godzin w 30 miliiitrach roztworu 0,25 N wodorotlenku baru o temperaturze 70° F.Nastepnie dziesiec mililitrów kazdego z roztworów jest miareczkowanych 0,1 N kwasem solnym. Próbka bawelny merceryzowanej pochlonie wiecej wodorotlenku baru niz próbka bawelny niemerceryzowanej, a ilosc4 70 932 wodorotlenku baru pozostalego w roztworze i ilosc kwasu solnego potrzebnego dla neutralizacji bedzie w zwiazku z tym mniejsza. Ilosc potrzebnego do neutralizacji kwasu solnego staje sie ilosciowym wskaznikiem zaabsorbowanego wodorotlenku baru. Stosunek ilosci wodorotlenku baru zaabsorbowanego przez próbke merceryzowana do ilosci zaabsorbowanej przez próbke niemerceryzowana po pomnozeniu przez 100 daje wskaznik aktywnosci baru. Wskaznik zawarty pomiedzy 100 a 105 wskazuje na brak merceryzacji. Wskaznik ' powyzej 150 okresla merceryzacje calkowita, Wartosci posrednie wskazuja na niezakonczenie reakcji lub na zbyt lagodnie dzialajaca kapiel merceryzujaca. Merceryzacja zamienia strukture wiekszosci materialu celulozowego z krystalicznej na bezpostaciowa. Wskaznik aktywnosci baru próbek materialów uznanych handlowo za wlasciwie zmerceryzowane powinien byc zawarty w granicach od 150 do 160.Na fig. 6 przedstawiono obszar zajmowany przez wskazniki aktywnosci baru otrzymane dla materialów poddawanych przez rózny czas dzialaniu plynnego amoniaku. Przyjmujac ze reprezentatywna krzywa przebiega przez srodek tego obszaru wykreslono linia przerywana zblizona do niej krzywa przebiegajaca pomiedzy 0 a 30 sekundami przez punkt C. Analiza przedstawionego obszaru wykazuje, ze przy czasie obróbki równym 2,5 sekundy, w najlepszym przypadku uzyskuje sie wskaznik baru równy 156, odpowiadajacy punktowi A a w naj¬ gorszym przypadku wskaznik równy 139 odpowiadajacy punktowi B. Sredni punkt C odpowiada wskaznikowi 150 co jak poprzednio podano jest uwazane za dolna granice wskazników baru odpowiadajacych mozliwej do przyjecia merceryzacji. Uzyskane dane wskazuja na mozliwosc otrzymania wlasciwej merceryzacji przy obróbce trwajacej 5 sekund. Ze wzgledu na to, ze próby byly dokonywane na tkanym materiale bawelnianym którego szerokosc byla wyjatkowo wielka w porównaniu do grubosci nici, to mozna przyjac, ze uzyskane wyniki odpowiadaja sredniej aktywnosci wszystkich nici a tym samym wszystkich wlókien w próbce.Fig. 7 do 10 sa mikrofotografiami wlókien wybranych losowo z próbek. Wlókna te zostaly umieszczone w osrodku starannie dobranym tak by uniknac wplywu osrodka na stopien specznienia wlókien celulozowych.Próbki zostaly podzielone na cienkie plytki o plaszczyznach normalnych do osi wlókien a nastepnie zostaly sfotografowane w swietle przechodzacym przy piecsetkrotnym powiekszeniu.Na mikrofotografii próbki pochodzacej z nieobrabianego materialu kontrolnego przedstawionej na fig. 7 widac wyraznie typowy ziarnisty ksztalt wlókien bawelny. Czesc wlókien jest napeczniala i nie posiada ksztaltu ziarnistego ale ilosc tych wlók en stanowi nieznaczna czesc wszystkich wlókien pokazanych na mikrofotografii. Mikrofotografia próbki poddanej przez jedna sekunde dzialaniu plynnego amoniaku, przedsta¬ wiona na fig. 8, wykazuje ze czesc wlókien przy zewnetrznej powierzchni nici jest napeczniala, natomiast wlókna w poblizu srodka nici zachowaly swój typowy ksztalt ziarnisty. Analiza wygladu nitek które byly poddawane dzialaniu plynnego amoniaku przez piec sekund i pokazanych na fig. 9 oraz nitek obrabianych przez trzydziesci sekund a przedstawionych na fig. 10 wykazuje istnienie w poblizu zewnetrznej powierzchni nici wiekszej ilosci napecznialych wlókien.Nitki (fig. 7, 8, 9 i 10) zostaly pobrane z materialów skorelowanych z punktami 0, 1, 5 i 30 na krzywej aktywnosci baru przedstawionej na fig. 6. Wlókna bawelniane poddane dzialaniu plynnego amoniaku wykazuja w porównaniu z kontrolnymi bawelnianymi wlóknami nieobrabianymi znaczne specznienie (efekt merceryzacji).Na podstawie analizy mikrofotografii nie mozna stwierdzic korelacji miedzy specznieniem wlókien a czasem oddzialywania plynnego amoniaku. Brak tej korelacji moze byc wynikiem tego, ze w czasie dzialania plynnego amoniaku, material byl naprezany co moglo w pewnym stopniu przeciwdzialac specznieniu wlókien.Tym nie mniej, wyrazne i silne nachylenie pokazanej na fig. 6 krzywej zaleznosci aktywnosci baru od czasu oddzialywania plynnego amoniaku pozwala na poparte doswiadczalnie stwierdzenie, ze mozna uzyskac zadowalajaca merceryzacje bez jednoczesnego niepozadanego kurczenia jesli czas oddzialywania amoniaku na materialy celulozowe bedzie odpowiednio krótki. PL