2.2.3. Химические и оптические отбеливатели

Химические отбеливатели. Для повышения эффективности стирки и более полного удаления окрашенных загрязнений в состав CMC вводятся химические отбеливатели, наиболее распространенными из которых являются пероксидные соли - пероксоборат (перборат) натрия и пероксокарбонат (перкарбонат) натрия.
Перборат натрия (NaB0₃*4H₂0 или NaB0₂*H₂0*3H₂0 - белый кристаллический порошок; размеры кристаллов 0,06 - 0,2 мм; молекулярная масса 153,86; насыпная плотность около 700 кг/м³.
По гранулометрическому составу более перспективным считается крупнокристаллический перборат- размеры кристаллов 0,1 - 0,5 мм; насыпная плотность 730 - 850 кг/м³; содержание активного кислорода 10,4 ± 0,3% (масс.)
Перборат натрия относится к пероксидным соединениям, характеризующимся наличием в составе молекулы пероксогруппы-так называемого кислородного мостика -0-0-. По современным представлениям перборат натрия имеет циклическое строение и является истинным пероксидным соединением:

Прочность связей активного кислорода в структуре объясняет высокую стабильность пербората при хранении.
Перборат натрия вводят в композицию CMC для отбеливания тканей при стирке. Его действие основано на окислительном разрушении загрязнений. Отбеливающая способность пербората натрия обусловливается гидролизом его в водном растворе с отщеплением пероксида водорода и дальнейшим выделением атомарного кислорода, обладающего сильной окислительной способностью:

Твердый перборат содержит 10,38% активного кислорода и при растворении в воде образует раствор пероксида водорода. Водным раствором пербората натрия отбеливают хлопок, лен, шерсть, ткани из искусственного волокна. Мягкое отбеливающее воздействие пербората придает тканям свежесть, которой нельзя добиться' при обычной стирке с применением мыла или одних ПАВ.
Качество отбеливания определяют четыре фактора: концентрация пербората, рН и температура раствора, время отбеливания. Повышение температуры и концентрации до определенного значения ускоряют процесс отбеливания: максимальный эффект достигается при 90 °С и рН = 9,0 - 9,5. В случае использования пербората натрия при низких температурах необходимы активирующие добавки которые повышают отбеливающую способность пероксидных соединений за счет образования с ними в водных растворах более активных промежуточных соединений. За рубежом широко распространены активаторы - тетра-ацетилэтилендиамин и пентаацетатглюкоза. Перборат натрия стабилизируют соединениями, замедляющими его разложение, что обеспечивает в растворе требуемую концентрацию кислорода. Наиболее часто для этой цели применяют комплексообразбватель - трилон Б (соль этилендиаминтетрауксусной кислоты).
Учитывая низкую термическую устойчивость пербората натрия, его добавляют в CMC после сушильной башни или вводят в нижнюю часть башни, где он напыляется на влажные частицы порошка. Эксперименты показали, что при контакте пербората натрия с порошком CMC в течение 30 мин при 70 °С или 15 мин при 90 °С в перборате сохраняется 98,6% (масс.), а в течение 30 мин при 90 °С - 95,3% (масс.) кислорода. Перборат натрия выпускают в виде порошков и гранул.
Перкарбонат натрия (Na₂C₂O₆) - соль неизвестных в свободном состоянии кислот - пероксодикарбоновой (надугольной) и пероксо-монокарбоновой (мононадугольной). Структурная формула аниона истинного перкарбоната C₂O^2--₆ имеет центросимметричное (планарное) строение:

Существует два вида пероксокарбонатов: соли пероксокарбоновых кислот (так называемые истинные перкарбонаты), к которым относятся Na₂CO₄, NaHCO₄, Na₂C₂O₆, и сольватированные соли типа Nа₂СО₃ *1,5H₂O₂*H₂O, образованные в результате присоединения пероксида водорода к карбонату натрия посредством водородной связи.
Истинные перкарбонаты хорошо растворимы в воде и легко гидро-лизуются с выделением пероксида водорода:

Сольватированные перкарбонаты при растворении в воде диссоциируют на ионы с выделением пероксида водорода:

На разложение перкарбоната натрия оказывают каталитическое воздействие вода и ионы переходных металлов, прежде всего железа. Стабильность перкарбоната увеличивается в присутствии комплексо-образователей, связывающих ионы металлов в малоактивные соединения, и солей кремневой кислоты; в CMC его стабилизирует сульфат магния в сочетании с комплексообразователем - трилоном Б.
Промышленный перкарбонат натрия (Nа₂СО₃*1,5Н₂0₂*Н₂0) -кристаллический порошок белого цвета; молекулярная масса 157,01; плотность 2240 кг/м³; содержание активного кислорода 14 %(масс.); содержание гранул размером 0,2 мм не менее 85% (масс.).
Гипохлорит натрия (NaCIO) - соль хлорноватистой кислоты - НСlO; гипохлорит натрия и хлорноватистая кислота являются неустойчивыми соединениями.
В водных растворах гипохлорит натрия вначале диссоциирует на ионы Na⁺ и СlO^-, последний из которых может разлагаться с выделением активного кислорода:

или активного хлора:

Соли хлорноватистой кислоты являются сильными окислителями за счет выделяющихся активных хлора и кислорода и поэтому применяются для отбеливания целлюлозы, бумаги, тканей и др.
Непредельные органические соединения взаимодействуют с гипохлоритами с образованием СО₂ (по кислородному разложению) и с образованием хлоргидридов (по хлорному разложению). В кислой среде гипохлориты выделяют активный хлор, в щелочной в присутствии железа, никеля, меди и др. металлов - активный кислород. В присутствии щелочи устойчивость гипохлоритов повышается.
Гипохлорит натрия кристаллизуется из растворов в виде кристаллогидратов NaOCl*5H₂O, которые легко переходят в кристаллический малоустойчивый NaOCl*H₂О, а при 70 °С разлагается со взрывом.
Окислительные свойства гипохлорида натрия используются для отбеливания синтетических жирных кислот (СЖК) при омылении их в сульфоноле или алкилбензолсульфокислот после нейтрализации.
Оптические отбеливатели. Все изделия, изготовленные из отбеленных текстильных тканей, в процессе эксплуатации и многократной стирки утрачивают белизну и приобретают желтоватый оттенок. Для повышения их белизны и яркости к моющим средствам добавляют порошкообразные оптические отбеливатели органической природы.
Ощущение цвета возникает в результате воздействия на зрительный нерв электромагнитных излучений с длиной волны от 400 до 700 нм. Каждой длине волны соответствует особый цвет, и желтоватый оттенок можно объяснить тем, что ткань отражает волны, длина которых соответствует желтому цвету, т.е. 590 нм.
Для устранения желтого оттенка тканей их с давних пор обрабатывают небольшими количествами синих или фиолетовых красителей, таких как ультрамарин и ализариновые краски, которые поглощают часть света в желтой области, в результате чего ткань кажется белой.
В 50-х годах на смену традиционным пришли оптические отбеливатели. Они представляют собой флуоресцирующие вещества, которые поглощают часть ультрафиолетовых лучей дневного света и испускают при этом волны больших длин, соответствующих различным оттенкам.
При стирке изделий синтетическими моющими веществами, содержащими небольшое количество оптических отбеливателей, увеличивается белизна неокрашенных тканей, а окрашенным изделиям придается яркость и чистота тона. Ткани, обработанные незначительными количествами оптических отбеливателей, приобретают повышенную яркость, близкую к эталону белизны.
Оптическими отбеливателями являются ароматические и гетероциклические соединения с различными системами сопряженных двойных связей. Для натуральных и синтетических волокон используются производные кумарина, имидозола, оксазола и др.
К оптическим отбеливателям предъявляются следующие требования:
отсутствие в составе веществ, вредных для организма человека и окружающей среды;
устойчивость в присутствии компонентов CMC;
хорошее закрепление на ткани в требуемом диапазоне температур (температура стирки или отбеливание);
поглощение ультрафиолетового и излучение голубого света;
устойчивость к химическим соединениям (перборату натрия и гипохлориту натрия) и солнечному свету.
Кроме того, оптические отбеливатели, используемые для жидких и пастообразных CMC, должны обладать хорошей растворимостью в воде.
Выпускаются отбеливатели преимущественно в виде гранулированных и негранулированных порошков.