Welcome

การ Pretreatment สิ่ งทอ

บทที่ 2 การฟอกขาวและการทํามัน เส้นใยสิ่ งทอ

• เป็ นกระบวนการ treatment วัสดุส่ิ งทอกอนทํ ากระบวนการอืน ่ ่ เช่น การยอม หรื อ พิ ม พ หรื อ ตกแต งสํ า เร็ จ ต อไป ้ ่ ่ ์ • การทําความสะอาด (Scouring) • การฟอกขาว (Bleaching) • การชุบมัน (Mercerization) • ทัง้ สามกระบวนการเป็ น wet process

เอกสารประกอบการสอนคม 362 กระบวนการทางเคมีส่ิ งทอ โดยรศ.ดร.อรุณี คงดี อัลเดรด

2

1

การฟอกขาว (bleaching) 2.1 วัตถุประสงค ์ • เพือ ่ กําจัดสี ทีม ่ อ ี ยูตามธรรมชาติ ในวัสดุออก ่

2.2 วิธก ี ารฟอกขาว • การตากแดด • แช่ในสารละลายดางที ม ่ อ ี ยูในธรรมชาติ (ใช้ในอดีต) ่ ่ • ใช้ สารเคมี ซึง่ ให้ผลรวดเร็วกวา่ แตขณะเดี ยวกันก็ทาํ ่ ให้เส้นใยเปื่ อยสูญเสี ยความแข็งแรงได้ 3

สารฟอกขาว กลุม 1 Chlorine Oxidants Sodium hypochlorite Sodium chlorite Sodium dichloroisocyanurate กลุม 2 Inorganic peroxide Oxidants Hydrogen peroxide Ozone Sulfur dioxide Sodium perborate Potassium permanganate Sodium percarbonate Sodium bromate Sodium bromite Potassium peroxydiphosphate Ammonium perdisulfate Ammonium hydrogen permonosulfate Tetra-acetylethylenediamine / hydrogen peroxide

สูตรเคมี NaOCl NaOCl2 N,N’-dichloro compound H2O2 O3 SO2 NaBO2.H2O2.3H2O KMnO4 Na2CO3.3H2O2 NaBrO3 NaBrO2 K4P2O8 (NH4)2S2O8 NH4HSO5 Generates CH3CO-OOH

4

สารฟอกขาว กลุม 3 Organic peroxide Oxidants Peracetic acid Peroxydodecanedionic acid Tetra-acetylethylenediamine / hydrogen peroxide กลุม 4 Reductant Sulfur dioxide Sulfuric acid Sodium bisulfite Sodium sulfite Sodium hydrosulfite (Sulfoxylate, dithionite) Sodium formaldehyde sulfoxylate (sodium hydroxylmethanesulfinate) Sodium borohydride Thiourea dioxide (formamidine sulfonic acid) Sodium sulfinate Trisodium trithioisocyanurate / hydrogen peroxide

สูตรเคมี

Oxidative bleaching agents Peroxide system Hydrogen peroxide Sodium peroxide Sodium perborate Peracetic acid

CH3CO-OOH HOO-CO-(CH2)10-COOH Generates CH3CO-OOH SO2 H2SO4 NaHSO3 NaH2SO3 NaO2SSO2Na HOCH2SO2Na NaBH4 H2NC(=NH)SO2H HSO2Na Generates HSO2Na

Chlorine system Bleaching powder Sodium hypochlorite Sodium chloride

Reductive bleaching agents Sulfur dioxide Sodium hydrosulphite Sulphoxylates Sodium bisulphite 5

2.3 สูตรของสารละลายทีใ่ ช้ในการฟอกขาว

6

2.4 สารฟอกขาวทีส ่ ํ าคัญ

• สารฟอกขาว • บัฟเฟอร ์ • สารลดแรงตึงผิว • สารจับโลหะ เช่น ซิลเิ กต ฟอสเฟต ออกซาเลต ซึง่ จะ ไปจับกับไอออนของโลหะเพือ ่ ป้องกันการเกิดฟรีแรดิกล ั ทีจ ่ ะ เขาไปทํ าลายเส้นใย ้ • สารทําให้ขาว (optical brightening agent) เติมใน บางสูตร • สารฟอกขาวบางสูตรเรียกวา่ เมทัลซอลท ์ จากการมี โซเดียมไฮดรอกไซด ์ แอมโมเนีย โซเดียมไนเทรต เป็ น ส่วนประกอบ 7

2.4.1 ไฮโดรเจนเพอรออกไซด ์ ์ • เป็ นสารออกซิไดซที ่ ิยมใช้ในการฟอกเส้นใยมากทีส ่ ุด ์ น

• แตกตัวไดดี ่ ค ี าพี ่ เี อช 11.5 ้ ในสารละลายทีม ่ เอชสูง เช่นทีพ ซึง่ สามารถปรับดวยโซเดี ยมไฮดรอกไซดและโซเดี ยม ้ ์ คารบอเนตสํ าหรับฝ้าย แอมโมเนียและเตตราโซเดียมไพโร ์

ฟอสเฟตสํ าหรับเส้นใยขนสั ตว ์ ไฮโดรเจนเพอรออกไซด แตกตั ว ์ ์ ให้ไฮโดรเจนไอออน และเพอรไฮดรอกซิ ลไอออน (HOO-) ์ แตการฟอกที ภ ่ าวะนี้จะทําให้ฝ้ายเกิดความเสี ยหายได้ ่ 8

การใช้สารกลุมเพอร แอซิ ด เช่น กรดเพอรอะซี ตก ิ ช่วยในการ ่ ์ ์ ฟอกขาว และมีกรดซัลฟุรก ิ เป็ นตัวเรงปฏิ กริ ย ิ าความขาวของเส้นใย ่ ฝ้ายดวยไฮโดรเจนเพอร ออกไซด ได ิ า่ํ ้ ้ ่ อุณหภูมต ์ ์ ที H2O2 + CH3COOH

H2SO4  CH3CO-O-OH + H2O

2.4.2 สารประกอบไฮโปคลอไรท ์ • เป็ น สารออกซิไดซที ์ ร่ ุนแรง • ใช้ฟอกขาวไดดี ี่ ณ ุ หภูมต ิ า่ํ มีความเสถียรทีพ ่ เี อช 10 ้ ทอ • โซเดียมไฮโปคลอไรทอยู ในรู ป ของเหลว ์ ่ • แคลเซียมคลอไรทอยู ในรู ปของแข็ง ์ ่ • สารประกอบคลอไรทจะแตกตั วให้ ก๊าซคลอรีน และ ์ ไฮดรอกซิลไอออนทีท ่ าํ ให้เกิดการฟอกขาวได้ • การเติมกรดเพือ ่ ลดคาพี ่ เอชให้อยูในช ่ ่ วง 5.0–8.5 จะทําให้เกิดกรดไฮโปคลอรัส

NaOCl



H2O2 HOO-



OH- + O*

เพอรไฮดรอก์ ซิลไอออน

แอคทีฟออกซิเจน

NaHO2

Na+ + HOO-

2H2O2



2H2O + O2



NaCl + H2O + O2

RNHCl + H2O2



R-NH2 + HCl + O2

9

10

• ทีพ ่ เี อช 10.5 – 11.5 ไฮโดรเจนเพอรออกไซด แตกตั ว ์ ์ กลายเป็ นออกซิเจนไดอย ว ้ างรวดเร็ ่

H2O + O* + X kcal การสลายตัวตามปกติ H+ + HOO-

+ H2O2

คลอรามีน

ปฏิกริ ย ิ าการฟอกขาวของไฮโดรเจนเพอรออกไซด ์ ์ H2O2

• การฟอกขาวดวยสารประกอบไฮโปคลอไรท จะทํ าให้เส้นใย ้ ์ เปื่ อยงายและมี สีเหลือง โดยเฉพาะกับเส้นใยโปรตีนหรือไนลอน ่ • หลังการฟอกจึงตองล างคลอรี นทีต ่ กค้างออกดวยสารรี ดวิ ซ ์ ้ ้ ้ เช่น โซเดียมไบซัลไฟท ์ โซเดียมไทโอซัลเฟต หรือ ไฮโดรเจนเพอรออกไซด บสภาพให้ผามี ้ ้ ความเป็ นกลาง ์ ์ แลวปรั เรียกวา่ การตานคลอรี น (anti-chlor) ้ • จะเกิดปฏิกริ ย ิ าขึน ้ ระหวางแอคที ฟคลอรีน และคลอรามีน ่ (RNHCl ซึง่ เกิดขึน ้ จากการทีเ่ ส้นใยโปรตีนทําปฏิกริ ย ิ ากับ สารประกอบไฮโปคลอไรท)์ กับไฮโดรเจนเพอรออกไซด ์ ์

• ทําให้ผาฝ ม สารเพิม ่ ความคงตัว ้ ้ ายเสี ยหายจึงตองเติ ้

การแตกตัวในนํ้า ปลดปลอยแอคที ฟออกซิเจน ่ ในการฟอกขาว ปลดปลอยสารฟอกขาว ่ ในสภาวะดาง ่ การสลายตัวให้ก๊าซ ออกซิเจน ไมเกิ ่ ดการฟอกขาว 11

(stabilizer) เช่น EDTA หรือโซเดียมซิลเิ กต หรือกรดเพอร ์ ิ าการแตกตัวเกิด อะซีตก ิ ทีม ่ ก ี รดซัลฟุรก ิ เป็ นตัวเรง่ เพือ ่ ให้ปฏิกริ ย ช้าลง • โดยทัว่ ไปจะใช้สารเพิม ่ ความคงตัว 10–20 % ของปริมาณ ไฮโดรเจนเพอรออกไซด ที ์ ์ ใ่ ช้

12

2.4.4 คลอรีนไดออกไซด ์

2.4.3 สารประกอบคลอไรท ์ สารประกอบคลอไรท ์ เช่น โซเดียมคลอไรท ์ มีลก ั ษณะเป็ นของแข็ง ่ ลายตัวงายแล วทํ สามารถกอให ่ ้ า ่ ้เกิด คลอรีนไดออกไซด ์ (ClO2) ทีส ้ ให้เกิดการฟอกขาวขึน NaOCl2 +

H+

 HClO2 +

ClO2 +

+

5e-

Cl-



คลอรีน ไดออกไซด ์

• กัดกรอนโลหะ ทีเ่ ป็ นส่วนประกอบของเครือ ่ งจักรได้ ่

• การฟอกขาวดวยโซเดี ยมคลอไรททํ ่ เี อช 3.5–4.0 ใน ้ ้ พ ์ าไดที สารละลายบัฟเฟอร ์ เช่น โซเดียมไดไฮโดรเจนฟอสเฟต การฟอก ฝ้ายทีพ ่ เี อชในช่วง 1.76–6.05 ที่ 20C • การฟอกขาวดวยคลอรี นไดออกไซดทํ ้ ์ าให้เกิด ออกซีเซลลูโลส

Na+

5HClO2  4 ClO2 + HCl + 2H2O 4H+

• เกิดขึน ้ ระหวางกระบวนการฟอกขาวเป็ นสารอันตราย ่

(oxycellulose) ไดง้ าย ่ • ออกซีเซลลูโลสเกิดจาก ปฏิกริ ย ิ าออกซิเดชัน ของเซลลูโลสเมือ ่

+ 2H2O

ฟอกขาวดวยสารกลุ มออกซิ แดนทเช ้ ่ ์ ่ นกัน • ทําให้ หมูไฮดรอกซิ ล ของเซลลูโลสกลายเป็ น หมูอั ่ ่ ลดีไฮด ์ คีโตน และคารบอกซิ ล ์ 13

Oxycellulose

14

2.4.5 Peracetic acid H O

O

O

O

O H

O

O H

O H

O

O

O

O H

O

H

O

H O

H O

H O

H O

H O

• เป็ นสารออกซิไดซที ่ รง ์ แ • เป็ นสารออกซิไดซที ่ ป ี ระสิ ทธิภาพสูงกวาคลอรี นและคลอรีน ่ ์ ม ออกไซด ์ O

O

O

H C O

O

O H O

O C O H

O

O

O

H O

ขอดี ้ •เป็ นมิตรตอสิ ่ ่ งแวดลอม ้

O H O O C O

O C O H

•ฟอกขาวเส้นใยไนลอนไดดี ้ •ทําให้เส้นใยขาวมากและเส้นใย ไมเสี ่ ยหาย

• สามารถตรวจสอบการเกิดออกซีเซลลูโลสไดจาก ้ - การลดลงของความหนืดของสารละลาย - การลดลงของความแข็งแรงของเส้นใย - การเพิม ่ ขึน ้ ของจํานวนหมูคาร บอนิ ล ่ ์ 15

ขอเสี ้ ย • ความเขมข ้ นสู ้ งถึง 35-40% ทําให้ระเบิดได้ • ราคาแพงเมือ ่ เทียบกับH2O2

• ความเสถียรตํา่ กวาH ่ 2O2

16

เปรียบเทียบขอดี างชนิ ด ้ ขอเสี ้ ยของการฟอกขาวดวยสารต ้ ่ สารฟอกขาว

ขอดี ้

ขอเสี ้ ย

ไฮโดรเจนเพอรออกไซด ์ ์ ผ้าเกิดการเหลือง (yellowing)

สารประกอบ ไฮโปคลอไรท ์

สารประกอบคลอไรท ์

ค้นการฟอกขาวดวย ้ sod. bisulfite

ใช้กับเส้นใยโปรตีนได้ ไมเป็ ่ นพิษ ปลอดภัยตอ ่ สิ่ งแวดลอม ้ ราคาถูก ประสิ ทธิภาพการฟอกสูง ใช้งานงาย ่ ไมทํ ่ าให้ผ้าเป็ นรู ไมทํ ่ าลายเส้นใยเซลลูโลส ประสิ ทธิภาพการฟอกสูง ใช้งานในสภาวะกรด

ทําให้ผ้าเป็ นรู (pinholes) ไดถ ้ านํ ้ ้าทีใ่ ช้ฟอกมีไอออน ของเหล็กปนอยู่ กัดกรอนผิ วหนัง ่ ทําให้เกิดการติดไฟได้ ่ ด ั กรอน ให้ก๊าซทีเ่ ป็ นพิษทีก ่ โลหะ เนื้อเยือ ่ รางกาย ่ ใช้กับเส้นใยโปรตีนไมได ่ ้ เกิดการสลายตัวอยางรวดเร็ ว ่ ในขณะการเก็บรักษา มีกลิน ่ ฉุ น ใช้กับเส้นใยโปรตีนไมได ่ ้ ให้ก๊าซทีเ่ ป็ นพิษทีก ่ ด ั กรอน ่ โลหะ เนื้อเยือ ่ รางกาย สูง ่ มาก เกิดมลภาวะจากก๊าซคลอรีน 17

18

Typical recipe for BATCH production Hydrogen peroxide (35% by weight)  Sodium silicate

1‐2 % (owf)

T= 85 – 90 C

2 % (owf)

T = 1 – 6 hr

Sodium hydroxide Soda ash (Sodium carbonate)

0.25 % (owf) 1 % (owf)

Typical recipe for semi-continuous production Hydrogen peroxide (35% by weight)  Sodium silicate Sodium hydroxide Soda ash (Sodium carbonate)

2 – 8 % (owf)

T= 85 – 90 C

3 % (owf)

T = 1 – 6 hr

0.4 – 0.6 % (owf)

pH 10.5 – 11.5

0.8 – 6 % (owf)

19

20

Process curve of single stage cotton scouring & bleaching process

21

22

2.5.1 ผลของความเขมข ้ น ้ NaOH ตอลั ่ กษณะเส้นใยฝ้าย

2.5 การทํามันหรือการชุบมัน (Mercerization) • John Mercer จด สิ ทธิบต ั ร กระบวน การเมอรเซอไรเซชั นในปี 1890 ์ • แช่ใน NaOH soln เขมข ้ น ้ 16 – 24 % • การชุบมันสามารถทําหลังจาก desizing • การชุบมันสามารถทําหลังจาก desizing และscouring • การชุบมันสามารถทําหลังจาก bleaching • การชุบมันสามารถทําหลังจาก dyeing

NaOH

Behavior of cotton fiber

15 deg 

No change

16 – 18 deg 

In complete untwisting

26 deg 

Rapid untwisting

35 deg 

Untwisting followed by  swelling

40 deg

Untwisting and swelling  together

Stage

John Mercer (1791 – 1866)

23

24

Relationship between degree Baume and percent Degree Baume at 15° C

Percent NaOH

10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

6.57 8.00 9.50 11.60 12.68 14.36 16.09 17.87 19.70 21.58 23.50

2.5.2 Mercerization are two types: 1. Tension mercerization ‐ The purpose of mercerization is to  increase luster of cotton  fibers ‐ The fibers untwists and swells, lumen becomes rounder in  cross section and it gains luster. Dye affinity and Chemical  reactivity increase. Fabric becomes  stronger and smoother. 2. Slack mercerization ‐ Not as lustrous as tension method ‐ Elongation and recovery properties improve and thus have  been used to produce comfort stretch garments and fabric  bandages, which need to conform to body shapes

25

26

2.5.3 กลไกการชุบมัน H2 O OH

Na+ OH

OH

Cellulose

HO

เติมNaOH solution

Na+ HO

OH HO

Na+

OH Na+ Na+ OH

Alkali Cellulose (sod. Cellulosate)

HO

HO

HO Na+

OH

Na+

H2 O H2 O

H2 O H2 O H2 O

O-Na+ O-Na+

Na+OH2 O Na+ONaO

Na+OO-Na+

H2 O

O-Na+

H2 O H2 O H2 O

H2 O

H2 O

H2 O

OH

O-Na+

H2 O

+ H2O Na O

Na+OH2 O

OH

H2 O

OH

HO

H2 O O-Na+

HO

H2 O

HO HO

H2 O

OH

O-Na+

เสนใยพองตัวและไมหดตัวกลับ

C6H7O2(OH)3 + NaOH  C6H7O2(OH)2(ONa)

H2 O H O 2 O-Na+

H2 O

H2 O

ลางน้ําและทําใหแหง

OH Na+

H2 O

H2 O

H2 O Na+O-

OH OH + Na

H2 O

Cellulose I

โมเลกุลน้ําแพรเขาไป ภายในเสนใย

Alkali Cellulose I

H2O C6H7O2(OH)3 + NaOH

H2 O H2 O H2 O

Cellulose II 27

28

2.6 NH3 treatment

Estimation of Mercerization

Adsorption of Ba(OH)2

29

2.7 การtreatment พอลิเอสเทอร ์

30

Wt. reduction

• มีการปรับปรุงดานการสั มผัสโดยการลดนํ้าหนัก(weight reduction) ้ ดวย NaOH เนื ่ อ งจาก NaOH เขาไปทํ าลาย ester linkage ้ ้ • ผาพอลิ เอสเทอรหลั ่ นไปดังนี้ ้ ์ ง treatment มีสมบัตเิ ปลีย - สั มผัมนุ่ ม - ทิง้ ตัวดี - มีความเงางามคลายไหม ้

5-10 10-20 % 30 %

ลักษณะของเส้นใยพอลิเอสเทอร ์ พืน ้ ผิวขรุขระ พืน ้ ทีภ ่ าคตัดขวางเส้นใยลดลง ผาบางเบา ทิ ง ้ ตั ว ดี ้ พืน ้ ผิวขรุขระมากขึน ้ พืน ้ ผิวขรุขระมากขึน ้ เป็ นแองลึ ่ กทําให้สะทอน ้ แสงไดดี ้

ลักษณะการสะทอนของ ้ แสงขึน ้ อยูกั ่ บลักษณะ ภาคตัดขวางของเส้นใย 31

32