IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Введение

Химическая чистка – комплекс физико-химических процессов, обеспечивающих удаление загрязнений с изделий в среде органических растворителей. Химическая чистка изделий должна быть проведена в соответствии с технологической документацией. Для обработки изделий в среде органических растворителей применяют тетрахлорэтилен, трихлорэтилен, бензин (уайт-спирит), хладон (фреон 113), нефрас C 180/210 и другие растворители [1].

В целом, весь процесс химической чистки можно разделить на четыре этапа:

• Удаление пятен в камере очистки, заполненной растворителем

• Высушивание обрабатываемых изделий при помощи горячего воздуха и забор растворителя из камеры

• Уничтожение запаха (досушивание)

• Восстановление использованного растворителя после завершения процесса чистки.

Предметы одежды сначала проходят очистку в емкости с растворителем, затем высушиваются при помощи горячего воздуха. Растворители восстанавливаются, а загрязнения и жир, полученные в результате чистки, удаляются как отходы технологического процесса.

Применяются два основных типа машин химической чистки:

1. Машины химической чистки с системой разомкнутого контура — процесс дезодорации одежды сопровождается выпусканием осушающего воздуха в атмосферу;

2. Машины химической чистки с системой замкнутого контура — растворитель конденсируется из осушающего воздуха внутри машины, осушающий воздух не выпускается.

Следует обратить внимание на тот факт, что в странах-членах ЕС введение Директивы об использовании растворителей 1999/13/EC привело к снятию с производства машин химической чистки с открытым контуром из-за превышения предельных показателей выбросов в процессе их эксплуатации [2].

Литературный обзор 1.История развития химической чистки

Как только человек начал носить одежду, возникла проблема ее чистки. В течение долгого времени вода и мыло были единственными «пятновыводными» средствами.

Изобретение чистки одежды при помощи химических средств история приписывает французскому портному Господину Жолли, который случайно, опрокинув керосиновую лампу на скатерть, обратил внимание на то, что пятна исчезли сами собой, при этом ткань совсем не повредилась. Таким образом, он пришел к выводу, что с помощью керосина можно чистить текстиль.

Другая, менее распространенная легенда гласит о том, что химчистка была открыта совершенно случайно, в Марселе, в 1870 году, когда портовый рабочий упал в бочку со скипидаром. А когда он оттуда выбрался, его одежда оказалась намного чище, чем была.

Но так как Господин Жолли создал в Париже на улице Сен Мартен первое ателье химической чистки, под названием “Химчистка Жолли Белен” в 1825 году, что произошло намного раньше случая в Марселе, история отдает первенство именно ему.

Ход истории:

1825 год – Терпентинное масло (скипидар)

Жидкость, которую опрокинул на скатерть Жолли Белен, в действительности, была не чем иным, как терпентиновым маслом или, попросту, скипидаром. Эта субстанция имеет особенность расщеплять жиры и смолу, не изменяя структуру и цвет ткани. Недостаток данного метода в запахе скипидара, который оставался на текстиле.

1830 год – Бензол

Бензол заменил скипидар, так как качество чистки было выше и он не оставлял запаха на одежде. Однако бензол легко воспламеним и токсичен.

1850 год – Легкий бензин

Легкий бензин был менее токсичным, что и стало основной причиной того, что он быстро пришел на замену бензолу. Проблема безопасности процесса обработки так и не была решена из-за его свойства быстро воспламеняться. Все использовавшиеся «углеводородные растворители» имели очень серьезный недостаток: быстрая воспламеняемость и взрывоопасность при контакте с воздухом. Были предприняты первые попытки уменьшения взрывоопасности растворителей путем добавления в них, так называемых «мыльных соединений».

1910 год – Четыреххлористый углерод

Основными его преимуществами перед существовавшими растворителями стали безопасность в работе, из-за невоспламеняемости и способность растворять жиры намного эффективнее бензина. Появление этого нового растворителя повлекло за собой разработку специального оборудования, которое позволяло бы в течении одного цикла чистить, центрифугировать и сушить вещи. Действующая до этого времени техника могла осуществлять чистку и отжим только в разных машинах, в то время как процесс сушки производился на улице, развешенном состоянии, на плечиках.

1920 год – Трихлорэтилен

Приблизительно в 1920 году в Германии, Бельгии и еще нескольких европейских странах стали использовать трихлорэтилен. Но трихлортилен был токсичен, как, впрочем, и все, и все предыдущие растворители, но и был причиной коррозии металла.

1925 год – Тяжелый бензин или уайт – спирит (также растворитель Стоддарта)

Поиск наиболее безопасных и эффективных растворителей не прекращался. Исследования в этой области показали, что некоторые виды тяжелого бензина, с точкой воспламеняемости от 35 до 60С имели такие же свойства, как и легкий бензин. Таким образом, ученым Стоддартом был открыт качественный и более безопасный растворитель, который и по сей день используется во многих химчистках США, Австралии и Японии.

1930 год – Перхлорэтилен

Этот новый хлористый углеводород медленно, постепенно и надолго вытеснил трихлорэтилен. На сегодняшний день перхлорэтилен является самым распространенным растворителем. Однако со временем пришлось согласиться с тем, что возможности у перхлора далеко не безграничные. Некоторые виды тканей, тиснения (набивки) не могут быть обработаны без риска ухудшения качества изделия.

1980 год – Машины химической чистки замкнутого цикла

До 1980 года машины были с открытым циклом, т.е. в момент последней фазы сушки (проветривания), воздух, наполненный растворителем, выбрасывался в атмосферу. С 1980 года на рынке появились машины с замкнутым циклом.

1989 год – Системы охлаждения и поглощения (адсорбция)

Система охлаждения была усовершенствована в комбинации с системой поглощения (поглотителями): охлажденный воздух проходит через активированный уголь, который поглощает остатки растворителя. Эта техническая разработка позволила значительно снизить уровень концентрации растворителя не только в воздухе, но и на вещах в момент окончания всего процесса чистки, машины стали более экологически безопасными, как для обслуживающего персонала, так и для окружающей среды.

1993 год – Аквачистка

Хотя основным элементом данного «растворителя» является вода, этот процесс (обработка) несравним с работой стиральной машины. Аквачистка производится при низкой температуре с малыми оборотами (для минимизации механического воздействия на ткань) и применением специальных моющих средств. В частности такая чистка применима к вещам, обработка которых разрешена максимум при 40°С. На сегодняшний день около 40% обрабатываемых вещей проходят именно аквачистку [3].

2.Схема технологического процесса химической чистки

Обработка одежды на предприятиях химчистки проходит по определенным этапам.

Изделия подвергаются следующим операциям:

1. Прием заказа на приемном пункте.

2. Первичная обработка заказов, изделия сортируют и передают для обработки.

3. Предварительное удаление пятен.

4. Мыльно-содовая обработка, необходима изделиям, не переносящим обработку в органических растворителях.

5. Обезжиривание одежды, т.е стирка ее в органических растворителях.

6. Просмотр качества обработки одежды.

7. Отделка одежды, ее гладят, прессуют, отпаривают.

8. Портновские работы.

9. Проверка качества обработки одежды.

10. Изделия готовят к отправке на приемный пункт [4].

3.Растворители, используемые в процессе химической чистки

Говоря о растворителях, которые сегодня используются в химической чистке, надо напомнить несколько фактов из истории. До конца XIX века единственным растворителем являлась вода. Потом появились первые нефтяные растворители: газолин и уайтспирит, сейчас используется новое поколение углеводородных растворителей – изопарафины.

В 30-е годы ХХ века на смену нефтяным пришли хлорсодержащие растворители. Сначала это был трихлорэтилен, потом перхлорэтилен, фреон 113. В конце 90-х годов прошлого века начался поиск новых растворителей: силиконовые растворители, сжиженный и так далее.

Классификация существующих на мировом рынке растворителей для химической чистки приведена в табл. 1.

Таблица 1. Виды растворителей [5].

Класс растворителя	Номенклатурное название
Хлоруглеводородные растворители	тетрахлорэтилен
Углеводородные растворители	Изо-алканы С11-С15
Углеводородные растворители	Диметоксиметан
Углеводородные растворители	Дипропиленгликоля трет-бутиовый эфир
Силиконовые растворители	Декаметилциклопентасилоксан
Сжиженный диоксид углерода

3.1 Тетрахлорэтилен (Перхлорэтилен)

Применяется для химической чистки одежды, обезжиривания металлов, в качестве растворителя в текстильной промышленности, для производства хладона 113.

Тетрахлорэтилен не горюч, не самовоспламеняется, не взрывоопасен. При длительном действии оказывает токсическое действие на центральную нервную систему, ПДК 10 мг/.

Тетрахлорэтилен – канцерогеноопасный перхлорэтилен (ПХЭ) широко используется при химической чистке во всем мире (США, Бельгия, Германия 60-80%), несмотря на его фитотоксичность и канцерогеноопасность для человека, и при наличии альтернативных растворителей.

Многочисленными исследования к.х.н Балановой Т.Е. и к.б.н Миташовой Н.И., начиная с 1995 г. И по 2015 г. Установлено, что остаточное содержание ПХЭ составляет на изделиях после химчистки 3-7 мг/ в пододежном пространстве. Исследования проводились более чем на 50 предприятиях химической чистки. Известно, что ГН ПХЭ (среднесуточная в атмосферном воздухе) составляет 0,06 мг/; ПДК в атмосферном воздухе – 0,5 мг/; ПДК ПХЭ в рабочей зоне – 10 мг/.

В США пропагандируется «озоновая стирка» с экономией моющих средств на 70%; на 37% - воды, газа и электроэнергии. Остаточное содержание на белье токсичных продуктов окислительного действия озона не изучается и в принципе не рассматривается. Итальянские производители разработали гигиенический шкаф «Озонбокс-185» для озонирования изделий после химической чистки и прачечной в процессе новой технологии «Озоклин», внедряемой сегодня в России.

При внедрении в России итальянской технологии («Озонклин») имеется реальная возможность окисления озоном остаточных количеств ПХЭ на изделиях, в частности, с образованием токсичных ГОС и газа ФОСГЕНА. Приводим химическую формулу процесса:

C= C +   2 (фосген)

При последующей операции влажно-тепловой обработки изделий:

2 +  + 2 HCl

При этом, образуется соляная кислота и углекислый газ. В табл. 2. приводим характеристику ПХЭ, который является экотоксикантом, ксенобиотиком 2-3 класса опасности.

Таблица. 2. Эколого-токсикологическая характеристика галогеносодержащего растворителя – тетрахлорэтилена (ПХЭ) в воде.

№ п/п	Показатели	Сточные воды от технологического процесса химической чистки
1	Класс опасности ПХЭ	2 (опасные)
2	Класс стабильности ПХЭ	2 – стабильный 1 – чрезвычайно стабильный в воде
3	Период полусуществования в речной воде	3-30 суток
4	Период полусуществования в озерной и грунтовых водах	30-300 суток
5	Экологическая токсичность	Экотоксикант ПХЭ Регистр ПОХВ № ВТО 000353 от 28.02.95 г
6	Канцерогеноопасность	Канцерогеноопасен для животных и человека – ГН1.1.725 – 98 п. 3.1.24
7	«Критические» органы при воздействии на организм	Печень, почки, ЦНС, верхние дыхательные пути, кожа и др.
8	ПДК в воде	Горколлектор – сброс запрещен Грунтовые воды – 0,02 мг/л В рыбхоз. водоеме – 0,16 мг/л
9	Воздействие на окружающую среду	Токсичен для обитателей водоемов (рыб и ракообразных)

Обращает на себя внимание также проблема обезвреживания сжиганием высокотоксичных отходов-шламов от машин химической чистки. ПДК в почве для ПХЭ в почве до сих пор не установлена. Шламы содержат до 50% канцерогенного ПХЭ. Их огневое обезвреживание без предварительной рекуперации ПХЭ приводит к значительному образованию диоксинов. Сегодня утилизацию шлама химчистки осуществляют службы воинских формирований, поскольку отраслевая система обезвреживания и утилизации разрушена [6].

3.2 Углеводородные растворители

Машины химчистки, работающие на углеводородных растворителях применяются в химчистках для чистки деликатных текстильных изделий, а также для чистки изделий из меха и дубленок.

KWL (KohlenWasserstoffLösemittel) - углеводородный растворитель, гидро карбон, hydro carbon – все это название очень широкой группы растворителей, получаемых из нефти. От перхлоэтилена углеводородный растворитель отличается физическими свойствами и, как следствие - моющей способностью, а также степенью воздействия на изделие [7].

Углеводородные растворители обладают низкой плотностью - 0,77 г/мл, и высокой температурой кипения - 180-196 0С. Углеводородные растворители пожароопасные вещества - температура вспышки 50-60 0С.

Диметоксиметан (SolvonK4)

Solvon K4 – торговое название.

Данный растворитель значительно отличается от традиционных растворителей, его преимущество в отсутствии хлора, фтора, а также он обладает хорошей чистящей способностью.

Диметоксиметан растворяет и поглощает и липофильные и гидроильные загрязнения. Также при чистке наблюдается минимальное трение волокон и сминание.

В Европе используются сходные с Solvon K4 углеводородные растворители и циклосилоксан D5, подлежащие регулированию согласно директиве о летучих органических соединениях, реализованной в виде 31-го Федерального постановления о защите от выбросов. Согласно текущему законодательному статусу в ЕвропеSOLVONK4 не относится ни к опасным материалам, ни к опасным веществам! Даже с учетом введения в декабре 2010 г. классификации CLP для материалов SOLVONK4 не требуется маркировка, как опасного вещества, при распространении на европейском рынке. SOLVONK4обладает способностью к биоразложению и прошел дерматологические испытания с результатом «очень хорошо».

Вышеназванные свойства в комбинации с очень благоприятной классификацией в рамках Указа об опасных веществах являются уникальными и беспрецедентными.

Результаты предварительных рыночных испытаний показывают, что SOLVONK4, вероятно, откроет принципиально новое направление в отрасли химической чистки.

Суммируя все преимущества:

• Не содержит галогенов.

• Химически чистый > 99 %.

• Отличная чистящая способность — эффективно удаляет жировые и водорастворимые загрязнения.

• Простота окончательной обработки и приятные ощущения от изделий.

• Не входит в список опасных материалов и опасных веществ в Европе (CLP). [8]

Для нового растворителя Солвон К-4: гигиенический норматив для воздушной и водной среды не установлен, класс опасности в почве не установлен, класс опасности в водоемах – 4 (малоопасные), ПДК в рабочей зоне 6000 . Среди недостатков Солвон К-4 горючесть, угнетение растительного покрова. Согласно Российскому водному законодательству, недопустим сброс растворителя в городской коллектор (ПДК не установлена).

По отходам – шламам: способы переработки и утилизации не проработаны, ПДК не установлена, нормы удельного образования отходов отсутствуют, уничтожение – сжиганием.

Почвы: при падании этого растворителя отмечалось засорение почв и угнетение растительного покрова, но количесвенных данных по токсичности нет, т.к. биотестирование почв и отходов не проводилось [9].

3.3 Силиконовые растворители в химической чистке

Декаметилциклопентасилоксан (D5)

Растворитель на основе силоксана применяется в косметической промышленности на протяжении уже более 30 лет а для текстильной промышленности является относительно новым видом растворителя: он известен на рынке по уходу за текстильными изделиями с 1997 года. Он характеризуется хорошей моющей способностью и оптимальными свойствами обработки. Так, низкая агрессивность силоксана позволяет использовать этот растворитель с такими деликатными материалами, как шелк, некоторые виды пластика, кожа и т.д. Он предотвращает обесцвечивание и значительно улучшает яркость красок.

Декаметилциклопентасилоксан (D5) - это не имеющая запаха бесцветная немаслянистая силоксановая жидкость, которая используется в качестве составной части при производстве средств личной гигиены и в сухой химической чистке. При производстве средств личной гигиены, D5 используется в качестве переносчика, обеспечивая легкое и плавное распространение компонентов и давая ощущение шелковистости и комфорта во время использования. При сухой химической чистке растворитель D5 переносит моющие компоненты внутрь одежды и выполаскивает задержанные ими загрязнения и жир. D5 не взаимодействует с текстилем и поэтому способствует сохранению качества и цвета одежды, подвергаемой сухой химической чистке.

В отличие от других растворителей, благодаря своей формуле, растворитель на основе силоксана испаряется при более высокой температуре, и по этой причине его безопасность была повышена.

Кроме того, в новых машинах установлен баллон с азотом. В случае превышающего норму соотношения паров кислорода/растворителя, впрыскивается азот, утяжеляя молекулу и не допуская возгорания.

По сравнению с перхлорэтиленом, одежда, обрабатываемая силоксановым растворителем, может подвергаться большему количеству чисток - благодаря меньшей агрессивности растворителя D5. Меньше риска повреждения изделий. Схожими свойствами обладают УВР, но они оставляют на изделиях характерный запах, тогда как изделия, обработанные силоксановым растворителем, не имеют запаха.

При всех преимуществах нового растворителя у него есть и недостатки. Растворитель с менее агрессивной растворяющей способностью и пониженным удельным весом не сможет удалить все загрязнения с изделий. Очень низкая способность растворителя пропускать воду или смешиваться с водой значительно снижает возможность удаления водяных пятен, таких как пот, моча, напитки и т.д. Поэтому важную роль в силоксановой чистке играют химические вещества и правильно подобранное оборудование. В частности, в машинах Top Clean для предотвращения попадания микробов и для защиты машины от коррозии во второй бак устанавливается специальный упрочнитель.

Данный растворитель является экологически безопасной альтернативой тетрахлорэтилену.

Данная технология бережна к окружающей среде, не загрязняет воздух, воду или почву. Поэтому нет никаких опасных отходов. Нет необходимости беспокоиться о дорогостоящей системе очистки [10].

Отличительные характеристики D5:

1.Не токсичен

2.Не вызывает раздражения кожи и сенсибилизации. Не оказывает иммунодепрессивного воздействия.

3.Не содержит летучих органических веществ.

4.Не угрожает жизни и здоровью человека и не наносит вреда окружающей среде.

5.На основании имеющейся информации о воздействии материала применение D5 в технологии химической чистки GreenEarthCleaning не представляет опасности для здоровья людей, проживающих поблизости от предприятий использующих D5.

6.При попадании в окружающую среду разлагается на песок, воду и диоксид углерода.

7.Независимые исследование подтвердили, что жидкий силикон экологически чист и безопасен для применения [11].

3.4 Сжиженный СО₂

Неожиданное применение СО₂: он способен служить чистящим средством. Текстиль - оказалось, его можно отмывать с помощью СО₂ в специальных машинах, заменяющих стиральные.

Барабан, в который заложены мешки с грязной одеждой, заполняют углекислым газом, находящимся под давлением, в результате чего он переходит в жидкое состояние. Стирка происходит, когда содержимое барабана нагревается до 31^оС, а давление в нем достигает 72,9 атмосферы (именно потому, что обработка материалов идет при сравнительно низких параметрах, химию СО₂ и называют "мягкой"). Жидкий углекислый газ энергично закипает, наступает состояние равновесия жидкости и газа, в котором они становятся неотличимыми друг от друга. Ученые называют такое фазовое состояние двуокиси углерода сверхкритическим (сокращенно - ск; и такая двуокись углерода обозначается как скСО₂).

В этом-то сверхкритическом состоянии углекислота и становится превосходным моющим средством. После "стирки" в барабан добавляют детергент - вещество, похожее на обычный стиральный порошок, и ткань "прополаскивается" в этой смеси. Потом давление снижают, СО₂ снова становится газом, который уходит из ткани, захватывая с собой частички грязи и детергента (они остаются на фильтрах). Чистую двуокись углерода после каждой "стирки" улавливают, сжимают, и она снова готова к обработке следующей партии одежды. За каждый цикл улетучивается лишь два процента СО₂.

Через 40-45 минут клиент получает белье, очищенное от жира, пятен, грязи, прохладное, свежее, словно обдутое морозным ветром.

У нового способа чистки много достоинств. Низкая температура сохраняет ткань, ее волокна не рвутся; скСО₂, словно взрывная волна, проникает в поры и внутрь волокон и так же мгновенно при снижении давления в барабане удаляется из них. Это дает возможность "стирать" очень "деликатные" вещи, которые обычно не доверяют машине и химчистке. Ткани после стирки ничем не пахнут, тогда как запах обычных моющих и чистящих средств, например перхлорэтилена, стойко держится на вещах. А ведь он относится к вредным и для окружающей среды, и для нервной системы человека. К сожалению, у перхлорэтилена есть важное преимущество: он дешев [12].

4.Аква-чистка

На сегодняшний день аква-чистка является наиболее предпочтительным методом при обработке трикотажных изделий (изготовленных из шерсти, кашемира и др.), одежды из шелка и современных синтетических и смесовых материалов, а также верхней одежды со специальными пропитками. Аква-чистка помогла справиться и с вопросами качественной обработки изделий с пуховыми или синтетическими наполнителями (лыжные костюмы, пуховики, одеяла и подушки, детские игрушки), джинсовой одежды, некоторых изделий из натуральной кожи, а также штор и бальных платьев.

Аквачистка изначально воспринималась специалистами как дополнительный способ чистки изделий к уже действующим технологиям.

Необходимость разработки метода чистки в водной среде была вызвана несколькими причинами и среди них, в первую очередь, появлением новых материалов, используемых для изготовления одежды, многие из которых не рекомендуется подвергать чистке в перхлорэтилене и обычной стирке. К ним можно отнести изделия из:

• плащевых тканей с пленочным полимерным покрытием на лицевой или изнаночной стороне

• дублированных материалов

• материалов, содержащих поливинилхлоридные волокна

• искусственного каракуля или смушки

• замши искусственной электростатической

• свадебные и вечерние платья с неустойчивыми к растворителю деталями

• с отделкой из искусственной кожи

• сценические костюмы из некачественных тканей с неустойчивой окраской

• мягко набивные игрушки и др.

Предприятия химической чистки, наряду с оборудованием «сухой» чистки используют стирально-отжимные машины для обработки изделий, на которые водная среда не оказывает негативного действия.

Однако, определенный ассортимент материалов для одежды, содержащий полимерные пленки или клеевые полимерные композиции, не подлежит обычной стирке, поскольку они с течением времени подвержены процессу «старения», сопровождающегося изменением физико-химических и механических свойств полимеров, в первую очередь, адгезионных. В этих случаях стирально-отжимные машины, которые недостаточно приспособлены к обработке подобных «деликатных» материалов за счет наличия значительных механических воздействий и в связи с массовым использованием стандартных моющих средств, способствуют дальнейшему разрушению полимеров.

Аква-чистка более экологически безопасна, как по воздействию на окружающую среду, так и по параметрам вредности производства для сотрудников и потребителей услуги. По составу загрязнений стоки предприятий, использующих аква-чистку, в основном соответствуют бытовым и сливаются в городскую канализацию.

Технология аква-чистки использует в качестве моющего средства воду в композиции с комплексом поверхностно-активных веществ (ПАВ) специально разработанным применительно к каждой из трех основных групп материалов: текстилю, коже и меху.

Препараты для аква-чистки разрабатывают такие фирмы-производители как BUFA (Германия), Kreussler (Германия), Seitz (Германия), Alberti Angelo (Италия), Biar (Италия), Colortex (Италия), GMB (Италия), Meltin (Италия), Kirk’s Suede Life (США), Траверс (Россия), Универсал (Россия).

Важным компонентом данной системы очистки является оборудование.

В отличие от обычных стирально-отжимных машин машины для аква-чистки имеют специальные программы, позволяющие обрабатывать в водной среде наиболее чувствительные материалы, включая кожу и замшу. Особенности этих программ: изделия обрабатываются в наиболее щадящем режиме; при аква-чистки низкое механическое воздействие, скорость вращения барабана вдвое ниже, чем при обработке изделий обычного ассортимента, во время вращения полностью исключаются резкие перепады скорости; остаточное содержание воды на изделиях после чистки сведено к минимуму; время цикла, включая чистку и сушку – не более 1 часа.

Преимущества аква-чистки:

• режимы аква-чистки отличаются своими щадящими параметрами

• усадка тканей и кож может быть устранена при влажно-тепловой обработке

• после аква-чистки нет необходимости подкрашивать изделия

• изделия после очистки имеют приятный запах

• для чистки шелковых изделий аква-чистка более эффективна

• товарный вид изделий после аква-чистки лучше, чем при чистке перхлорэтиленом.

Растворы используемые для аква-чистки должны быть точно подобраны, для качественной чистки необходимо применить соответствующее моющее средство с надлежащими добавками в определенной формуле для того каждого конкретного материала изделий. Не существует универсального моющего средства.

Классификация моющих средств аквачистки:

Анионный. У этих моющих средств есть поверхностно-активные вещества (сурфактанты) отрицательного заряда, который чистит ткани. Анионные моющие средства получают максимальные результаты очистки на большинстве тканей, но не разработаны для аквачистки шерсти, шелка и тканей с нестойкой цветовой окраской.

Катионо-активный. У этих моющих средств есть сурфактанты с положительным зарядом. Эти моющие средства имеют тенденцию оставаться с тканью и обеспечивать мягкость ткани. Они поэтому очень полезны для очистки шерсти, шелка, искусственного шелка и других тонких тканей.

Если работники химчистки предварительно обрабатывают ткани анионным моющим средством и затем производят аква-чистку – это с катионоактивным моющим средством, то реакция моющего средства, приводящая к появлению нерастворимых хлопьев.

Анионные и катионоактивные моющие средства не совместимы друг с другом. Правило состоит в том, что работники химчистки должны всегда избегать смешивания анионных и катионных моющих средств аква-чистки.

Неионогенный. Моющие средства, которые нейтральны без положительного или отрицательного заряда. Они могут использоваться для чистки одежды как добавка с любым моющим средством. Они не вызывают негативных химических реакций в любом моющем средстве.

Неионогенные моющие средства также обеспечивают определенную степень мягкости ткани. У неионогенных моющих средств есть способность удалить жир и следы нефтепродуктов. Они эффективны при акачистке, если предварительно их добавить в формулу состава. Следует отметить, что эти моющие средства не предназначены для удаления загрязнений от почвы.

Добавки:

Производители химии предоставляют моющие средства отдельно или с добавками, а также сами добавки, которые работники химчистки могут добавить сами. Добавки обеспечивают лучшую очистку и также позволяют деликатную чистку и сохраняют цвет изделий.

Щелочи. Химикаты, которые выпускают гидроксильные ионы в присутствии воды. Щелочи увеличивают чистящую способность любого моющего средства.

Некоторые изготовители химии формулируют свои моющие средства с щелочью, чтобы обеспечить лучше очистку для хлопчатобумажной ткани и плащей, так как загрязнения почвы удаляются намного эффективней.

Если добавить щелочь к основному составу, то он становится намного более агрессивным. Если добавить это к неионогенному моющему средству – потенциал удаления нефти и жира, а также цвета изделия увеличивается.

Если изделие, обрабатываемое способом акачистки в большой степени загрязнения, то можно добавить 1 часть аммиака к 150 частям воды.

Кислоты. Агенты, которые выделяют ионы водорода в присутствии воды. У кислот есть способность обеспечить стабилизацию цвета материала изделий и мягкость к шерсти и шелку.

Большинство катионо-активных формул моющих средств имеют кислоту в составе, но дополнительная кислота для того, чтобы стабилизировать плохую цветовую прочность ткани может быть добавлена.

Уксусная кислота, например, может использоваться в воде для полоскания, чтобы нейтрализовать щелочные моющие средства. Уксусная кислота может также нейтрализовать отбеливатели.

Ферменты. Моющие средства с ферментами обеспечивают дополнительное удаление окраски. Ферменты, используемые в моющих средствах, могут противостоять температуре до 120°С. Они также устойчивы в присутствии умеренной кислоты, щелочи и отбеливателя.

Натрий перкарбонат – умеренный отбеливатель окисления, который используется в моющих смесях. Натрий перкабонат образует достаточно кислорода, и распадается более легко в прохладной воде. Не должен использоваться на шерсти и шелке, на других тканях при очень умеренной температуре.

Смягчающие добавки. Это катионо-активные добавки, используемые, чтобы смягчить ткань и её структуру. Они являются необходимыми, когда производится акачистка шерсти и шелка. Они обычно используются при полоскании. Предметы одежды, которые обрабатывают должным образом со смягчающими добавками обычно, не должны подвергаться химической чистке, чтобы смягчить ткань после аква-чистки [13].

5. Сравнительная оценка растворителей

Были рассмотрены следующие растворители в ходе исследования выполненного Романовой И:

• перхлорэтилен (ПХЭ) DOWPER Solvent,

• углеводородный растворитель (УВР) Total TDC 2000,

• силиконовый растворитель Green Earth,

• вода на примере аквачистки.

Сравнение этих растворителей проводилось по четырем критериям:

1. Эффективность чистки, то есть «что увидит потребитель». Сдавая в чистку одежду, потребителю важен результат: чтобы его вещи были чистыми и «новыми». А каким растворителем производится чистка, ему совершенно не интересно.

2.Особенности эксплуатации на предприятиях химчистки.

3.Экономические показатели.

4. Экологические требования.

Рассмотрим подробнее эффективность чистки, преимущества и недостатки растворителей [5].

5.1 Эффективность чистки

Главное, безусловно, – это удаление загрязнений. Основным параметром оценки моющей способности или растворимости любого растворителя является так называемое каури-­бутанольное число (растворяющая способность, характеризует агрессивность растворителя органического происхождения). Чем выше каури­-бутанольное число, тем выше способность растворителя растворять загрязнения, прежде всего жиро-масляные. Самое высокое каури-­бутанольное число у перхлорэтилена. В табл. 3. приведены результаты исследования Европейской ассоциации по выведению различных видов пятен.

Таблица 3. Эффективность растворителей чистки.

Показатель	DOWPER	Total 200	Green Earth	Вода
Каури – бутанольное число	90	25-30	13	Не применимо
Удаление загрязнений	-	-	-	-
Сальные загрязнения (шерсть), %	99,3	99,3	98,0	39,0
Сальные загрязнения (полиэстер, хлопок), %	48,7	31,3	28,7	14,3
Какао, ланолин, %	67,3	55,0	57,0	22,7
Оливковое масло, сажа, %	4,7	3,0	4,0	2,7
Минеральное масло, пригар, %	8,0	4,0	6,7	3,7
Губная помада, %	57,0	26,7	10,7	4,3
Кровь, молоко и пр. , %	1,0	1,0	1,0	8,3
Чай, %	0,3	0,71	3,70	0,0

Чем ниже каури-бутанольное число растворителя, тем мягче он воздействует на фурнитуру, красители, на обрабатываемый материал, на полимерные покрытия.

Оценка агрессивности воздействия того или иного растворителя на обрабатываемое изделие дана в таб. 4.

Таблица 4. Агрессивность воздействия растворителей на изделие [5].

Действие	DOWPER	Total 2000	Green Earth	Аквачистка
Воздействие на краситель	Сильное	Среднее	Слабое	Слабое
Воздействие на фурнитуру	Сильное	Среднее	Слабое	Отсутствует
Воздействие на обрабатываемый материал	Сильное	Среднее	Слабое	Слабое

5.2 Преимущества и недостатки растворителей для химчистки

В таблицах 5,6,7 приведены преимущества и недостатки трех растворителей хлоруглеводородных, углеводородных и силиконовых соответственно.

Таблица 5. Хлоруглеводородные растворители.

Преимущества	Недостатки
Отличная очищающая способность	Агрессивное воздействие на материал и фурнитуру
Пожаробезопасность	Ограничения ПДК
Отработанные технологии применения	Возможность срыва красителя
Отработанные способы утилизации	Специфический запах
Утвержденные методы контроля ПДК	-
Наличие маркировки на одежде	-
Доступность	-

Таблица 6. Углеводородные растворители.

Преимущества	Недостатки
Хорошая очищающая способность	Пожароопасность
Щадящее воздействие на материал	Отсутствие отработанных способов утилизации
Отработанные технологии применения	Значительное механическое воздействие на материал
Утвержденные методы контроля ПДК	-
Наличие маркировки на одежде	-

Таблица 7. Силиконовые растворители [5].

Преимущества	Недостатки
Щадящее воздействие на материал	Невысокая очищающая способность
Не воздействует на краситель	Значительное механическое воздействие на материал
Экологически безопасен	Отсутствие отработанных маркировочных знаков на одежде
-	Пожароопасность
-	Высокая цена

6. Влияние химической чистки на окружающую среду

Используемое в химчистках вещество повышает риск заболевания раком. В частность речь идет о тетрахлорэтилене, организация по защите окружающей среды и международная организация исследований рака отнесли это вещество к токсичным. Оно является одним из наиболее эффективных растворителей для химчистки, главный риск заключается не в ношении одежды после химчистки, а во вдыхании паров данного вещества. Если контакт происходит в течении длительного времени, то это повышает риск развития онкологических заболеваний, таких как рак мочевого пузыря, неходжкинская лимфома, и множественная миелома[14].

Экологические и медицинские проблемы возникли из­-за серьезных изменений экологических правил, которые в последние годы оказывают значительное влияние на отрасль сухой чистки. Люди, находящиеся в прилегающих к мастерским жилых домах, учреждениях и предприятиях, могут подвергаться воздействию паров PERC, которые диффундируют через стены и потолки, переносятся потоками воздуха через отверстия в потолках и трубопроводах, выделяются через вентиляционную систему мастерской, а потом попадают в помещения через открытые окна и вентиляционные установки. Из-­за частых или крупных утечек растворителя, которые могут происходить во время его транспортировки от грузовика к машине для сухой чистки, возможно заражение почвы и грунтовых вод. Заражение почвы также может возникать при неправильном сливе воды сепаратора в коллектор раздельной системы канализации. И, наконец, остатки PERC в плохо просушенной одежде могут воздействовать и на клиентов химчистки. Это происходит тогда, когда оборудование химчистки неправильно функционирует, или цикл сушки сокращается в целях повышения производительности [15].

6.1 Удаление тетрахлорэтилена и трихлорэтилена из питьевой воды

Для решения проблемы загрязнения источников питьевого водоснабжения тетрахлорэтиленом и трихлорэтиленом в г. Троицке (г. Москва) компанией ИТЦ "Комплексные исследования" был предложен метод деструкции на основе процессов интенсивного окисления (Advanced Oxidation Processes – AOP), активированных гидроксильными радикалами. В 2013 году были спроектированы и запущены в работу две модульные установки суммарной производительностью 100м³/час, позволяющих снизить концентрации целевых соединений до пределов обнаружения использованных методик измерения (менее 0,001 мг/дм³).

РСЕ и ТСЕ часто обнаруживаются в поверхностных и подземных источниках питьевого водоснабжения. Причиной заражения могут являться промышленные объекты, использующие данные вещества в своем технологическом цикле. Но как показывает мировой опыт, источником загрязнения подземных и поверхностных вод очень часто выступают несанкционированные или плохо оборудованные мусорные свалки, фильтрат которых, проникая через слои почвы, может заражать грунтовые воды.

Предложенный метод очистки воды от -тетра- и трихлорэтилена основан на деструкции хлорорганических соединений и их производных в результате процессов интенсивного окисления в воде, активированного с помощью гидроксильных ОН-радикалов (Advanced Oxidation Processes (AOP).

Главным преимуществом предложенной технологии является неселективный характер окисления и возможность осуществлять полную деструкцию соединений до молекул воды, углекислого газа, солей или неорганических кислот. Это принципиально отличает данную технологию от фильтрационных методов, так как за счет полного или частичного окисления молекул возможен вывод токсичных загрязнений из водного круговорота или перевод их в доступные для биоразложения формы.

В предложенном методе окисление и последующая деструкция РСЕ и ТСЕ осуществлялись в комбинированном фотохимическом реакторе с последовательно установленным реактором с вакуумным ультрафиолетом (VUV АОР-реактор) и ультрафиолетовым реактором с ртутными лампами низкого давления (UV АОР-реактор) На выходе применяются специальные фильтры с активированным углем для удаления непрореагировавших окислителей [15].

6.2 Отходы химической чистки и методы их снижения

Основные сложности, с которыми сталкивается прачечная сегодня, когда речь заходит об экологии – это утилизация отходов своей работы.

Отходы из прачечных бывают нескольких видов: твердые; жидкие (сливные воды после обработки белья, их большинство, о них и будем говорить); газообразные. Твердых отходов из прачечной не много. Поэтому мы их рассматривать не будем. Некоторые газообразные отходы – тепло, горячий воздух, сегодня можно частично рекуперировать.

Наибольший объем сбросов от прачечной – это жидкие отходы. За эти отходы ведется настоящая борьба между прачечными и водоканалами.

Состав жидких отходов сильно меняется в зависимости от региона, профессиональной направленности прачечной (стирка белья из медицинских учреждений и стирка текстильных матов на резиновой основе и др.), от времени года, от технологии и др. Основные загрязнения сточных вод:

Загрязнения, которые прачечная получает на рынке с грязным бельем:

1.Уличная грязь – сажа, пыль, частицы глины.

2.Продукты жизнедеятельности человека – кровь, фекалии, рвотные массы, моча, волосы, жир, соли и др.

3.Природные и минеральные жиры, пищевые отходы, натуральные красители и др.

4.Косметика.

5.Химически опасные вещества, с точки зрения сложности очистки воды и окружающей среды.

6.Химические технологические вещества – моющие средства и т. д.

7.Средства для выработки пара, хранение котла и труб магистрали.

Качество воды, используемой для стирки, сильно влияет на качество обработки и износ белья, на расход моющих средств, на весь технологический процесс, а также на уровень загрязняющих веществ в сточных водах.

Когда прачечная использует нерегулируемую технологию обработки белья ее сточные воды всегда будут содержать высокие концентрации загрязняющих веществ:

• повышенное содержание поверхностно-активных веществ (ПАВ), т. к. при стирке в жесткой воде расход моющих средств 2–4 раза выше, чем при стирке в мягкой воде;

• при стирке в жесткой воде наблюдается очень высокий процент перестирки, что также требует дополнительного расхода моющих средств и выбросов газообразных отходов, при этом снижается эффективность процесса на кг обработанного белья;

• вторичные загрязнения белья (уличная грязь, грязное оборудование, грязные кузова автомобилей и др.) приводят к возрастанию расхода моющих средств на стирку 1 кг белья;

• загрязняющие вещества из входящей воды;

• загрязняющие вещества из системы трубопроводов самой прачечной и др.

На сегодняшний день работу прачечной регулируют ГОСТ Р 52058-2003 «Государственный стандарт Российской Федерации. Услуги бытовые. Услуги прачечных. Общие технические условия» (утв. Постановлением Госстандарта России от 28.05.2003 № 161-ст) (ред. от 25.10.2012) и СанПиН 2.1.2.2646-10 «Санитарно-эпидемиологические требования к устройству, оборудованию, содержанию и режиму работы прачечных».

Выбор технологии – за прачечной, но, принимая решение, прачечная должна знать все плюсы и минусы технологии, которую она выбирает. Ни одна из технологий не позволит избавиться от штрафов.

Роль фосфатов. Ни одна прачечная, которая стирает прямое постельное белье будь то из гостиниц или медицинских учреждений, ни одна не работает без фосфора! Потому что каждый человек в день вырабатывает от 2,5 до 3 г фосфора, при среднем расходе воды 80 л/день/человека получаем концентрацию фосфора 31,25–37,5 мг/л. На 1 000 000 жителей это будет составлять 2500–3000 кг фосфора в день. Для сравнения: прачечная, которая стирает в умягченной воде и использует порошок, который содержит, например, 5 % фосфора, сбрасывает на 1 000 000 кг постиранного белья 250–300 кг фосфора.

Что касается других моющих детергентов, то можно сказать следующее. При использовании отбеливателей на основе перекиси водорода (Н₂О₂) в сточных водах происходит их разложение до кислорода и воды.

Н₂О₂ → Н₂О + О₂

Продукты разложения отбеливателей на основе органической перекиси, главным образом, надуксусной кислоты (СН₃СО₃Н), перкарбоната натрия (Na₂CO₃•1,5H₂O₂) легко удаляются из осадков сточных вод. Продукты разложения отбеливателей на основе перкарбоната удаляются дольше. Отбеливатели на основе активного хлора (неорганического происхождения, гипохлорита натрия (NaOCl)) образуют канцерогенные вещества и представляют угрозу для окружающей среды. Т.о. выбор в пользу кислородных отбеливателей очевиден.

Органические кислоты, которые используются в основном в средствах для нейтрализации белья при последнем полоскании, – лимонная (C₆H₈O₇), муравьиная (СН₂О₂), уксусная (С₂Н₄О₂) – являются хорошо биологически разлагаемыми соединениями, но они оказывают влияние на показатели сточных вод. Этими показателями являются: химическое потребление кислорода (ХПК) и биологическое потребление кислорода (БПК).

Как снизить концентрацию загрязняющих веществ в сточных водах?

1. использовать современные технологии, которые позволяют задействовать в системе обработки белья все факторы: механическую составляющую, тепловую, временную, а не только химическую;

2. использовать для обработки белья только подготовленную воду;

3. предотвращать ненужные вторичные загрязнения (не ходить по белью в обуви, не таскать его в узловых простынях по полу и др.);

4. использовать современные концентрированные моющие средства, обладающие высокой моющей способностью, при этом не снижающие срок службы текстильных изделий. Это позволит использовать такие средства в ограниченном количестве, в необходимое время в нужный этап стирки, что значительно сократит реальные концентрации химических веществ в сточных водах;

5. использовать современные моющие средства только на основе биологически разлагаемого сырья;

6. использовать современные высокоточные системы подачи моющих средств, чтобы обеспечить их точное и минимально необходимое дозирование;

Эти меры в совокупности позволят прачечной значительно снизить показатели по концентрации загрязняющих веществ [17].

Экспериментальная часть

Цель: провести сравнительный анализ двух растворителей.

В качестве растворителей выбрали уайт-спирит и четыреххлористый углерод. Материал – хлопок, окрашенный в розовый цвет.

Перед тем как удалять загрязнения с ткани, необходимо было выяснить, как растворитель взаимодействует с материалом.

Оба растворителя не оказывают отрицательного влияния на взятый материал, цвет и структура остались без изменений после нанесения растворителя.

Таблица 8. Сравнительная оценка растворителей, по их действию на пятно нанесенное предварительно на материал.

Загрязнитель	Действие уайт-спирита	Действие тетрахлорметана
Губная помада	Полное растворение	Полное растворение
Масло подсолнечное	Частичное растворение	Не оказывает влияния
Чернила	Не оказывает влияния	Частичное растворение
Томатная паста	Не оказывает влияния	Не оказывает влияния
Масло машинное	Полное растворение	Не оказывает влияния
Зеленка	Не оказывает влияния	Не оказывает влияния
Вино красное	Не оказывает влияния	Полное растворение
Лак для волос	Не оказывает влияния	Не оказывает влияния
Крем для обуви	Полное растворение	Полное растворение
Мед	Полное растворение	Полное растворение
Кофе	Не оказывает влияния	Не оказывает влияния

Таким образом, уайт-спирит обладает лучшей очистительной способностью, чем тетрахлорметан.

Заключение

В данной работе были рассмотрены основные растворители, используемые в Европе, США и России в 21 веке.

Лидирующие позиции среди растворителей по-прежнему занимает тетрахлорэтилен несмотря на канцерогеность данного растворителя.

Так же разработаны и новые более безопасные для окружающей среды и человека растворители, но они обладают меньшей очистительной способностью (табл.3).

Аква-чистка более экологически безопасна, как по воздействию на окружающую среду, так и по параметрам вредности производства для сотрудников и потребителей услуги. По составу загрязнений стоки предприятий, использующих аква-чистку, в основном соответствуют бытовым и сливаются в городскую канализацию.

Декаметилциклопентасилоксан (D5) – является экологически безопасной заменой тетрахлорэтилену, и не наносит вреда окружающей среде. При попадании в окружающую среду разлагается на песок, воду и диоксид углерода.

Причиной широкого использования тетрахлорэтилена является его цена – он дешев по сравнению с другими современными растворителями.

Литература

1. ГОСТ Р 51108-97. Услуги бытовые. Химическая чистка. Общие технические условия (с Изменениями N 1, 2) – Введ. 17.12.1997. – М.:Изд-во стандартов, 1998. – 7 с.

2. Куэнен Д., Троцци К. «Сухая (химическая) чистка», Руководство по инвентаризации выбросов ЕМЕП/ EAOC, 2013.

3.Индустрия чистоты [Электронный ресурс] // santi.com.ua, журнал «Профессиональная Химчистка» №1, История химчистки, URL: http://www.santi.com.ua/numbers/prof1/prof1s4.html (дата обращения: 20.09.2016).

4.Федорова А.Ф., Трощенко М.А. Химическая чистка и крашение одежды. Издательство «Легкая индустрия», 1970, 352 стр.

5. Романова, И. Растворители для химической чистки XXI века [Электронный ресурс], - http://www.hotelexecutive.ru/article.php?numn=4780 - статья в интернете.

6. Миташова Н.И., Эколоическая и химическая безопасность хлорирования и озонирования при водоподготовке и производстве услуг по химчистке и стирке. Миташова Н.И., Кольцова Е.С., Волков В.А., //МАТЕРИАЛЫ международной научно-практической конференции

«Социально-экономические и экологические аспекты развития регионов и муниципальных образований: проблемы и пути их решения».

31 марта 2016 г.

7.Сервисбытмаш [Электронный ресурс] // sbmash.ru, Машины химчистки, углевородордные растворители, KWL, URL: https://sbmash.ru/taxonomy/term/298 (дата обращения 29.09.2016).

8. SystemK4, [Электронный ресурс] // systemk4.com, SolvonK4 – безгалогенный растворитель, URL: http://www.systemk4.com/ru/produkcija/solvonk4.html (дата обращения: 1.10.2016).

9.Волков В.А., Экологическая безопасность и биотоксичность отходов химической чистки. Волков В.А., Миташова Н.И., Грищенко А.А., Актуальные проблемы технических наук: сборник статей Международной научно-практической конференции (10 июня 2015 г., г.Уфа). –Уфа:АЭТЕРНА, 2015. – 138 с.

10. Силикон на службе чистоты, Материалы конференции, Москва, СК «Олимпийский», 25 ноября 2010 года., Журнал «Химчистка и прачечная», 2010 г.

11.Современный отель, [Электронный ресурс] // hotelexecutive.ru Растворитель на основе силоксана, URL: http://www.hotelexecutive.ru/article.php?numn=10299, (дата обращения 2.10.2016).

12.Шаров, Г. Мягкая химия [Электронный ресурс], - http://www.nkj.ru/archive/articles/6054/ - статья в интернете.

13.Все для химчистки и прачечной [Электронный ресурс] // cleanprice.ru, Аквачистка, URL: https://www.cleanprice.ru/infos150.html, (дата обращения: 15.11.16).

14.The guardian, [Электронный ресурс] // theguardian.com, Используемое в химчистках вещество повышает риск заболевания раком, URL: https://www.theguardian.com/lifeandstyle/2016/nov/18/dry-cleaning-toxic-process-carcinogen-cancer?CMP=fb_gu, (дата обращения: 20.11.2016).

15.Прачечные, чистка одежды, сухая чистка, URL: http://base.safework.ru/iloenc?print&nd=857200405&spack=110LogLength%3D0%26LogNumDoc%3D857200394%26listid%3D010000000100%26listpos%3D2%26lsz%3D6%26nd%3D857200394%26nh%3D1%26, (дата обращения: 21.11.2016).

16.Системы водоподготовки нового поколения [Электронный ресурс] // xenozone.ru, Удаление тетрахлорэтилена, URL: http://www.xenozone.ru/solution/dwater/pce, (дата обращения: 26.11.2016).

17. Все для химчистки и прачечной [Электронный ресурс] // cleanprice.ru, Стирка для зеленой планеты: о новых нормах ПДК для прачечных, URL: https://www.cleanprice.ru/infos657.html, (дата обращения: 26.11.2016).

45

Код для цитирования: Скопировать