способ приготовления шлихты для целлюлозосодержащей пряжи
Классы МПК: | D06M16/00 Биохимическая обработка волокон, нитей, пряжи, тканей или волокнистых изделий из этих материалов, например ферментативная обработка D06M15/11 крахмалом или его производными |
Автор(ы): | Кокшаров С.А., Куликова И.В., Алеева С.В., Шевченко Л.Ф., Морыганов А.П. |
Патентообладатель(и): | Институт химии растворов РАН |
Приоритеты: |
подача заявки:
2001-07-12 публикация патента:
20.06.2003 |
Изобретение относится к текстильной промышленности, к технологии подготовки хлопчатобумажных и льняных основ к ткачеству, конкретно к получению шлихты. Для получения шлихты для целлюлозосодержащей пряжи в суспензию крахмалопродукта в воде в процессе изготовления вводят расщепитель крахмала - полиферментный препарат, содержащий гликозидазы эндодействия и пептид-гидролазы. В качестве гликозидаз используют эндо-1,4-
-D-глюкан-глюканогидролазу и эндо-1,4-
-глюканазу, а в качестве пептид-гидролаз - сериновые протеиназы и/или металлопротеиназы. Затем проводят клейстеризацию и выдерживают до готовности. Изобретение позволяет существенно упростить технологию приготовления шлихты из муки и крахмала, исключить использование агрессивных химических реагентов, улучшить перерабатываемость пряжи благодаря повышению качества шлихты. Повышается качество расшлихтовки тканей в отделочном производстве за счет увеличения влагопоглощения пленок шлихты, ускорения десорбции крахмала и снижения количества неудаленных крахмальных примесей. 1 табл.
Рисунок 1


Формула изобретения
Способ приготовления шлихты для целлюлозосодержащей пряжи приготовлением суспензии крахмалопродукта в воде с использованием расщепителя крахмала, последующей клейстеризацией и выдержкой до готовности, отличающийся тем, что в качестве расщепителя используют полиферментный препарат, содержащий эндо-1,4-

Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к текстильной промышленности, к технологии подготовки хлопчатобумажных и льняных основ к ткачеству, конкретно к получению шлихты. Уровень техникиНанесение шлихты на пряжу проводят с целью повышения ее механической прочности, снижения распушения и уменьшения трения о механические поверхности оборудования. Это позволяет снизить обрывность пряжи в процессе ткачества. Кроме того, благодаря повышению жесткости пряжи, в случае обрыва на ткацком станке ошлихтованная нить менее склонна спутываться с соседними нитями, что облегчает устранение дефекта. Наиболее широкое распространение в практике текстильного производства находит крахмальная шлихта, благодаря доступности и относительной дешевизне применяемого сырья: картофельного, кукурузного крахмала, ржаной, пшеничной или кукурузной муки. Все известные способы приготовления шлихтующих композиций основаны на гидролитическом расщеплении зерен крахмала, набухании и частичном растворении полимеров с образованием коллоидных гелеобразных систем. Традиционно клейстеризацию крахмала проводят нагреванием до температуры выше 60-70oС [Антонов С. П. Шлихтоварение в ткацком производстве. - М. - Л.: Гизлегпром, 1947, с. 22-40] . Для повышения степени расщепления крахмала осуществляют варку при повышенном давлении и температуре 120-140oС [Быкова И.В. Автоматическая линия ЛАПШ-1. Текстильная пром-сть, 1985, 9, с. 39-41] или при температуре не выше 100oС и атмосферном давлении, но с использованием специальных расщепителей: кислот, щелочей, окислителей, биокатализаторов [Михайлова М.Л., Удачникова Г.Б., Шурунова В.Н. Исследование шлихты на основе модифицированного крахмала с расщеплением различными реагентами./ Современные технологии производства хлопчатобумажных тканей, М., 1980, с. 3-6]. Из практики подготовки пряжи к ткачеству в начале 20-го века известен способ приготовления шлихты [Рыбакова В.М. Технология шлихтования хлопчатобумажной пряжи. Ивановское книжное изд-во, 1957, с.44-46], включающий следующие операции:
1 - предварительное приготовление растворов ферментного расщепителя и его инактиватора, например, уксусной кислоты 30%-ной;
2 - смешение крахмала с подогретой до 25-30oС водой до получения однородной суспензии - крахмального молочка;
3 - клейстеризация крахмала путем нагрева смеси острым паром до 60-70oС;
4 - прекращение нагрева и введение ферментного расщепителя крахмала в количестве 0,006-2,0 г/л;
5 - выдержка при перемешивании в течение 10-120 мин;
6 - введение инактиватора фермента в количестве 0,4-0,7 г/л;
7 - нагрев острым паром до кипения и кипячение в течение 2-3 мин;
8 - введение при необходимости жировых добавок. В качестве ферментного расщепителя крахмала использованы препараты амилолитического действия диастафор, диафарин или биолаза. Два первых продукта относятся к солодовым препаратам, действующим веществом которых является диастаз. Солодовый диастаз представляет собой комплекс амилолитических ферментов, содержащий экзофермент






1 - предварительное приготовление раствора расщепителя в воде;
2 - смешение подогретой до 20-35oС воды с крахмалопродуктами до получения однородной суспензии;
3 - введение раствора химического расщепителя в суспензию крахмалопродукта и перемешивание смеси в течение 10-40 мин;
4 - клейстеризация крахмала путем нагрева смеси острым паром до температуры выше 60oС, чаще всего до точки кипения шлихты 94oС;
5 - выдержка при постоянной температуре для стабилизации вязкости в течение 5-30 мин;
6 - введение при необходимости мягчителей, антивспенивателей и гигроскопических компонентов. Для конкретных видов расщепителей возможны изменения и дополнения последовательности операций в способе приготовления шлихты. В частности, известен способ приготовления шлихты, разработанный на Московской Трехгорной мануфактуре в 1929 г., предусматривающий использование минеральных кислот [Рабинович З.Е. Шлихтование основ. М.: Гизлегпром, 1937]. Способ включает:
1 - предварительное приготовление растворов серной кислоты 17




2 - приготовление суспензии крахмалопродукта путем:
- нагрева части расчетного количества воды в клееварочном аппарате до 20-25oС;
- введения крахмалопродукта;
- перемешивания смеси в течение 10-40 мин до получения однородной суспензии - крахмального молочка;
3 - введение расчетного количества раствора кислоты и остаточного количества воды;
4 - клейстеризацию крахмала путем нагрева смеси острым паром до кипения;
5 - выдержка в течение 3 мин;
6 - прекращение нагрева, нейтрализация смеси раствором едкого натра и перемешивание в течение 5 мин;
7 - введение раствора мыла;
8 - кипячение в течение 5-20 мин;
9 - введение глицерина;
10 - перемешивание без подогрева в течение 10 мин. Как видно, этот способ также сложен и трудоемок. Кроме того, недостатками применения минеральных кислот являются чрезвычайно интенсивное расщепление крахмала, трудности определения готовности шлихты, сложность операции нейтрализации кислоты в вязкой среде и возможность разбрызгивания горячей шлихты, возможное повреждение пряжи при неполной нейтрализации кислоты или значительном избытке щелочи. Известен разработанный в ИвНИТИ способ приготовления шлихты из крахмала с использованием в качестве расщепителя хлорамина [Рыбакова В.М. Технология шлихтования хлопчатобумажной пряжи. Ивановское книжное изд-во, 1957, с. 64]. Он включает:
1 - предварительное приготовление раствора хлорамина в подогретой до 35-40oС воде;
2 - приготовление суспензии крахмала путем:
- нагрева расчетного количества воды в клееварочном аппарате до 25-30oС;
- введения картофельного или маисового крахмала;
- перемешивания смеси в течение 10 мин;
3 - введение раствора хлорамина в суспензию крахмала и перемешивание в течение 3 мин;
4 - клейстеризация крахмала путем нагрева смеси острым паром до кипения;
5 - перемешивание смеси при кипении до готовности, о которой судят по стабилизации показателя вязкости шлихты или по исчезновению реакции на хлорамин с использованием индикаторной калийиод-крахмальной бумаги. Этот способ обеспечивает высокую степень расщепления крахмальных зерен (до 90-95%) и нашел широкое практическое применение как в классическом варианте, так и в качестве основы для различных вариантов его усовершенствования в известных технических решениях [SU 553318, D 06 M 15/04, 1977; SU 931866, D 06 M 15/04, 1982; SU 988933, D 06 M 15/18, 1983; SU 1758126, D 06 M 15/11, D 06 M 101/06, 1992; SU 1821503, D 06 M 15/03, D 06 M 101/06, 1993]. Однако этот способ не обеспечивает получения шлихты из крахмалопродуктов с высоким содержанием клейковины. Даже при использовании маисового крахмала целесообразно дополнительно применять методы механического расщепления или комбинированное действие химических реагентов. Известен способ приготовления шлихты из ржаной или пшеничной муки с хлорамином [Потягалов А.Ф. Шлихтование основ. М.: Легкая индустрия, 1959, с. 38-39]. Способ включает следующую последовательность операций:
1 - предварительно готовят растворы каустика (едкого натра) и хлорамина в расчетных концентрациях, а также, при необходимости, эмульсию антивспенивателя;
2 - готовят суспензию крахмалопродукта путем:
- нагрева части расчетного количества воды в клееварочном аппарате до 20-25oС;
- введения муки через решето;
- перемешивания смеси в течение 10 мин;
3 - вводят раствор каустика и перемешивают 30-40 мин;
4 - вводят остаточное количество воды;
5 - острым паром нагревают смесь до 45-50oС;
6 - вводят раствор хлорамина;
7 - для клейстеризации крахмала массу нагревают до кипения;
8 - кипятят и перемешивают смесь 20-30 мин;
9 - при необходимости подавления вспенивания шлихтующего состава вводят антивспениватели, например, водную эмульсию стеарина или олеиновой кислоты с едким натром. Способ обеспечивает освобождение зерен крахмала от клейковины за счет набухания ее под действием каустика к началу действия хлорамина (около 80oС), равномерное расщепление всех зерен, получение шлихты с высокой подвижностью, хорошей кроющей и клеящей способностью, что позволяет исключить из состава шлихты жировые и гигроскопические добавки. Нити после шлихтования легко отделяются друг от друга и от поверхности сушильных барабанов, поэтому пряжа более равномерно ошлихтована и имеет гладкую поверхность, что улучшает ее перерабатываемость в ткачестве. Способ нашел широкое практическое применение как в классическом варианте, так и в качестве основы для различных вариантов его усовершенствования, например SU 1808893, D 06 M 15/03, D 06 M 101/06, 1990. Вместе с тем этот способ сложен, имеет большое количество операций и требует нескольких единиц задействованного оборудования. Он предполагает использование агрессивных токсичных хлорсодержащих реагентов, что ухудшает условия труда, экологические показатели производства и выпускаемой продукции. Способ не исключает деполимеризацию амилозы и амилопектина под действием каустика (восстанавливающая способность достигает 14-16%). Способ не обеспечивает разрушения клетчатки и клейковины, в связи с этим на поверхности пряжи имеются примесные частицы оболочек зерна, повышающие вероятность обрыва нити в процессах ткачества. В результате глубокого проникновения шлихты в структуру текстильного материала крахмал не полностью удаляется с ткани в традиционных процессах подготовки в отбельных цехах отделочного производства, а при крашении, например, активными красителями взаимодействует с красящим веществом, ухудшая тем самым показатели полезного использования красителей и прочности окрасок к физико-химическим воздействиям. Известен более простой способ приготовления шлихты из крахмала или муки с применением только одного расщепителя крахмала - едкого натра, получивший наибольшее распространение к концу 40-х годов прошлого века [ИвНИТИ, Нормативы шлихтовального процесса. Ива-ново: Изд-во ИвГОРНИТО (текст.), 1947; Потягалов А.Ф. Шлихтование основ. М.: Легкая индустрия, 1959, с.39-40]. Способ предусматривает:
1 - предварительное приготовление растворов каустика и 50%-ного мыла;
2 - приготовление суспензии крахмалопродукта в воде при 20-25oС путем перемешивания смеси в течение 10-40 мин;
3 - введение раствора каустика и после перемешивания в течение 10-20 мин дополнение оставшегося по рецептуре количества воды;
4 - клейстеризация крахмала путем нагрева смеси острым паром до 60oС;
5 - введение мыла 50%-ного;
6 - нагрев острым паром до кипения и выдержка при кипении 5-30 мин до готовности;
7 - введение глицерина и перемешивание в течение 10 мин без подогрева. Этот способ позволяет приготовить шлихту как из крахмала, так и из муки. Он более прост по сравнению с последовательной обработкой суспензии из муки каустиком и хлорамином или с применением в качестве расщепителя кислоты, нейтрализуемой на завершающей стадии процесса. Однако и этот способ имеет недостатки, в том числе сложность технологии из-за многооперационности, использование агрессивных и экологически небезопасных реагентов, невысокое качество шлихты (степень расщепления крахмала 65-75%, восстанавливающая способность до

Изобретательская задача состояла в поиске простого и экологически безопасного способа приготовления шлихты для целлюлозосодержащей пряжи приготовлением суспензии крахмалопродукта в воде с использованием расщепителя крахмала, последующей клейстеризацией и выдержкой до готовности, который позволил бы повысить показатели перерабатываемости пряжи за счет улучшения качества шлихты без усложнения расшлихтовки тканей. Поставленная задача решена тем, что в способе приготовления шлихты для целлюлозосодержащей пряжи приготовлением суспензии крахмалопродукта в воде с использованием расщепителя крахмала, последующей клейстеризацией и выдержкой до готовности в качестве расщепителя используют полиферментный препарат, содержащий эндо-1,4-


Для осуществления способа используют любые сорта традиционно применяемых крахмалопродуктов, в том числе крахмал кукурузный (маисовый) или картофельный, муку ржаную, пшеничную или кукурузную без предварительной их модификации. В качестве расщепителя крахмала используют полиферментный препарат, который содержит гликозидазы эндодействия и пептид-гидролазы и является продуктом культивирования микробиологических продуцентов, обеспечивающих одновременный биосинтез комплекса технологически необходимых ферментов, относящихся к классам К. Ф. 3.2.1.1 (эндо-1,4-


- степени расщепления крахмала (Ср, %), определяемой по концентрации полисахарида после оседания не растворившихся частиц;
- восстанавливающей способности (R, %) по реакции восстановления Сu2+ в щелочной среде;
- вязкости шлихты с 8%-ным содержанием крахмалопродукта по времени истечения 500 мл шлихты из воронки с диаметром выходного отверстия 6 мм при температуре 85oС (В8%, с);
- изменения разрывной нагрузки и разрывного удлинения после шлихтования {


определяемых в соответствии с ГОСТ 6611.2-73;
- количества обрывов основных нитей при производстве 1 погонного метра ткани (О, обр/м);
- влагопоглощения пленок шлихты при обработке дистиллированной водой при 25oС (W25, %) в течение 10 и 60 мин;
- скорости десорбции крахмала с ткани в дистиллированную воду при 25oС (V25, г/кг вол

- степени расшлихтовки ткани (Cs, %) по отношению:
Cs=(Ccyp-Cпод)/Cсур,
где Ссур и Спод - содержание крахмала соответственно на суровой и подготовленной ткани (г/кг вол, определяется по известной методике перевода полисахарида в глюкозу и определения ее концентрации титрованием раствором тиосульфата натрия). Изобретение иллюстрируется следующим примером:
Пример
Шлихту готовят из крахмалопродукта в расчете на его концентрацию 80 г/л с использованием в качестве расщепителя нескольких вариантов полиферментного препарата, содержащего гликозидазы эндодей-ствия и пептид-гидролазы и взятого в необходимом количестве, при следующей последовательности операций:
1 - приготовление суспензии крахмалопродукта путем введения в воду при 20-25oС полиферментного расщепителя и крахмала или муки (80 г/л) и перемешивания смеси в течение 20 мин;
2 - клейстеризация крахмала путем нагрева смеси острым паром до кипения;
3 - выдержка при кипении с перемешиванием в течение 20 мин. При приготовлении шлихты использовали ржаную муку обдирную ГОСТ 7045-54, крахмал кукурузный ГОСТ 7697-81. В качестве полиферментного расщепителя применены следующие продукты:
Пример
Вариант I: 5 г/л фильтрата культуральной жидкости бактериального штамма Вас. subtilis ВКПМ В-340, содержащего гликозидазы эндодействия эндо-1,4-


Вариант II: 0,4 г/л стабилизированного концентрата культуральной жидкости Вас. lichenofоrmis ВКПМ В-1951, содержащий ферменты эндо-1,4-


Вариант III: 0,1 г/л стабилизированного концентрата диффузной вытяжки поверхностного культивирования микроскопического гриба Asp. oryzae ВКПМ F-25, содержащий гликозидазы эндодействия и сериновую протеиназу аспергиллопептидаза В (К.Ф. 3.4.21.15). Пример
Вариант IV: 0,02 г/л смеси 1:1 высушенных под вакуумом продуктов культивирования Bacillus sp. ВКПМ В-1559 (гликозидазы эндодействия) и Вас. subtilis ВКПМ В-1093 (нейтральная протеиназа К.Ф. 3.4.24.4). Для сравнения шлихту готовили по известному способу с применением в качестве расщепителя раствора едкого натра уд. вес 1,383 в количестве 3,2 г/л и с добавками по 2 г/л мыла 50%-ного и глицерина. При использовании маисового крахмала длительность обработки на стадиях 2, 3 и 6 составляла соответственно 10, 10 и 5 мин (вариант V), а в случае ржаной муки 40, 20 и 30 мин (вариант VI). Шлихту, полученную по вариантам I-III предлагаемого способа и по варианту V известного способа, использовали для шлихтования хлопчатобумажной пряжи 18,5 текс ( 54), а по вариантам IV и VI - для шлихтования льняной пряжи 20 текс ( 10). Количественные показатели качества шлихты и текстильных материалов представлены в таблице. Анализируя возможности предлагаемого способа, можно отметить простоту его реализации, экологическую чистоту и безопасность для обслуживающего персонала. Полученная шлихта имеет показатели степени расщепления крахмала Ср= 85-95%, что на 17-23% выше, чем по известному способу, при этом восстанавливающая способность в предлагаемых вариантах в 1,8-2,0 раза ниже и составляет всего R= 10-13%. Инактивация ферментов подтверждается постоянством показателя вязкости на оптимальном для проклеивания пряжи уровне B8%=10-12 с, что в 1,25-1,6 раза меньше, чем при реализации известного способа. Получено увеличение разрывной нагрузки


Класс D06M16/00 Биохимическая обработка волокон, нитей, пряжи, тканей или волокнистых изделий из этих материалов, например ферментативная обработка
Класс D06M15/11 крахмалом или его производными