هندسة العمليات الرطبة

تُجرى عملية الحرق لإزالة الألياف الخشنة المتدلية من سطح القماش، مما يمنحه ملمسًا ناعمًا ومتجانسًا ونظيفًا. تُعدّ عملية الحرق ضرورية للأقمشة التي ستخضع لعمليات التمريس والصباغة والطباعة، وذلك للحصول على أفضل النتائج.

يمر القماش فوق الفرش لرفع الألياف، ثم يمر فوق صفيحة مُسخّنة بلهب الغاز. عند تطبيق هذه العملية على الأقمشة القطنية ، ينتج عنها زيادة في امتصاص الماء، وخصائص صباغة أفضل، وانعكاس مُحسّن، وعدم ظهور مظهر "مُثلج"، وسطح أكثر نعومة، ووضوح أفضل في الطباعة، ورؤية أفضل لبنية القماش ، وتقليل التكوّر ، وتقليل التلوث من خلال إزالة الوبر والزغب.

تتنوع آلات حرق الألياف إلى ثلاثة أنواع: حرق الألواح، وحرق الأسطوانات، وحرق الغاز. يُستخدم حرق الغاز على نطاق واسع في صناعة النسيج. في هذه الطريقة، يلامس اللهب النسيج مباشرةً ويحرق الألياف البارزة. ويُعدّ ارتفاع اللهب وسرعة النسيج من أهم العوامل التي يجب مراعاتها لتقليل تلف النسيج.

تُجرى عملية الحرق فقط على الأقمشة المنسوجة . أما في حالة الأقمشة المحبوكة، فتُعرف عملية مماثلة للحرق باسم التلميع الحيوي، حيث يُستخدم الإنزيم لإزالة الألياف البارزة.

إزالة النشا هي عملية إزالة مواد النشا من النسيج، وتُستخدم لزيادة قوة الخيوط وقدرتها على تحمل احتكاك النول . أما النسيج غير المُزال منه النشا فيكون شديد الصلابة، مما يُصعّب معالجته بمحلول مختلف في العمليات اللاحقة.

بعد عملية الحرق، تُزال مادة التحجيم بجعلها قابلة للذوبان في الماء وغسلها بالماء الدافئ. ويمكن إزالة التحجيم إما بالطريقة التحليلية (النقع في محلول تحلل، أو محلول حمضي، أو محلول إنزيمي) أو بالطريقة المؤكسدة (الكلور، أو كلوريد ، أو بروميت ، أو بيروكسيد الهيدروجين ).

بحسب نوع مواد التنشئة المستخدمة، قد تُنقع قطعة القماش في حمض مخفف ثم تُشطف، أو قد تُستخدم الإنزيمات لتحليل مادة التنشئة. تُستخدم الإنزيمات في عملية إزالة التنشئة إذا استُخدم النشا كمادة تنشئة. غالبًا ما يُستخدم كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) وبولي فينيل الكحول (PVA) كمواد تنشئة.

التنظيف الكيميائي هو عملية غسل تُجرى على أقمشة القطن لإزالة الشمع الطبيعي والشوائب غير الليفية (مثل بقايا البذور) من الألياف، بالإضافة إلى أي أوساخ أو اتساخات مضافة. يُجرى التنظيف الكيميائي عادةً في أوعية حديدية تُسمى " كير" . يُغلى القماش في محلول قلوي، مما يُكوّن صابونًا مع الأحماض الدهنية الحرة ( التصبن ). عادةً ما يكون وعاء "الكير" مغلقًا، بحيث يُمكن غلي محلول هيدروكسيد الصوديوم تحت ضغط، مما يمنع دخول الأكسجين الذي قد يُحلل السليلوز في الألياف. إذا استُخدمت الكواشف المناسبة، فإن التنظيف الكيميائي يُزيل أيضًا مادة التغليف من القماش، على الرغم من أن إزالة مادة التغليف غالبًا ما تسبق التنظيف الكيميائي وتُعتبر عملية منفصلة تُعرف باسم تحضير القماش. يُعد التحضير والتنظيف الكيميائي شرطين أساسيين لمعظم عمليات التشطيب الأخرى. حتى ألياف القطن البيضاء الطبيعية تكون صفراء في هذه المرحلة، وبالتالي، في العملية التالية، وهي التبييض، تكون ضرورية.

العمليات الرئيسية الثلاث التي تدخل في عملية التنظيف هي التصبن والاستحلاب والتنظيف.

المادة الكيميائية الرئيسية المستخدمة في تنظيف القطن هي هيدروكسيد الصوديوم، الذي يحول الدهون والزيوت القابلة للتصبن إلى صابون، ويذيب المواد المعدنية ويحول البكتوز والبكتين إلى أملاحهما القابلة للذوبان.

ومن المواد الكيميائية الأخرى المستخدمة في التنظيف المنظفات التي تعمل كعامل استحلاب وتزيل جزيئات الغبار والأوساخ من القماش.

نظراً لأن هيدروكسيد الصوديوم قد يُلحق الضرر بنسيج القطن، ولتقليل محتوى القلويات في مياه الصرف، يُستخدم التنظيف الحيوي في عملية التنظيف، حيث يُستخدم عامل بيولوجي، مثل الإنزيم.

يُحسّن التبييض درجة البياض بإزالة اللون الطبيعي والشوائب المتبقية من القطن؛ وتُحدد درجة التبييض اللازمة بناءً على درجة البياض والامتصاص المطلوبة. وبما أن القطن ألياف نباتية، يُبيّض باستخدام عامل مؤكسد ، مثل هيبوكلوريت الصوديوم المخفف أو بيروكسيد الهيدروجين المخفف. إذا كان القماش سيُصبغ بلون داكن، فإن مستويات التبييض المنخفضة مقبولة. أما بالنسبة لأغطية الأسرة البيضاء والتطبيقات الطبية، فإن أعلى مستويات البياض والامتصاص ضرورية.

كما يتم إجراء التبييض الاختزالي باستخدام هيدروسلفيت الصوديوم . ويمكن تبييض ألياف مثل البولي أميد والبولي أكريليك والبولي أسيتات باستخدام تقنية التبييض الاختزالي.

بعد التنظيف والتبييض، تُستخدم عوامل التبييض البصرية لجعل النسيج يبدو أكثر بياضًا. وتتوفر هذه العوامل بألوان مختلفة مثل الأزرق والبنفسجي والأحمر.

المعالجة بالمرسرة هي عملية تُجرى على أقمشة وخيوط القطن، تُضفي عليها لمعانًا وتُقوّيها. تُطبّق هذه العملية على المواد السليلوزية كالقطن والقنب. وهناك خيار آخر يتمثل في معالجة القماش بمحلول هيدروكسيد الصوديوم لإحداث انتفاخ في الألياف، مما يُحسّن اللمعان والقوة وقابلية امتصاص الصبغة. ^{[ 7 ]} يُجرى هذا النوع من المعالجة تحت ضغط، ويجب غسل جميع القلويات قبل فك الضغط لتجنب الانكماش. يمكن إجراء المعالجة بالمرسرة مباشرةً على القماش الخام، أو بعد التبييض.

الصباغة بالمحلول، والمعروفة أيضًا بالصباغة بالغزل، هي عملية إضافة أصباغ أو مواد صبغية غير قابلة للذوبان إلى محلول الغزل قبل بثقه عبر المغزل. لا يمكن صباغة سوى الألياف المصنعة بهذه الطريقة. تُستخدم هذه الطريقة مع الألياف صعبة الصباغة، مثل ألياف الأوليفين ، ومع الألياف التي تتطلب ثباتًا ممتازًا للألوان. ونظرًا لأن أصباغ اللون تصبح جزءًا من الألياف، فإن المواد المصبوغة بالمحلول تتمتع بثبات ممتاز للألوان تجاه الضوء والغسيل والاحتكاك والتعرق والتبييض. تُعد الصباغة في مرحلة المحلول أكثر تكلفة، إذ يجب تنظيف المعدات جيدًا في كل مرة يتم فيها إنتاج لون مختلف. وبالتالي، فإن تنوع الألوان والظلال المنتجة محدود. بالإضافة إلى ذلك، يصعب تخزين كميات كافية من كل لون. يجب اتخاذ القرارات المتعلقة باللون في وقت مبكر جدًا من عملية التصنيع. لذا، لا تُستخدم هذه المرحلة من الصباغة عادةً مع أقمشة الملابس. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

يمكن صبغ الألياف الخيطية المنتجة باستخدام طريقة الغزل الرطب وهي لا تزال في حوض التخثر. يكون اختراق الصبغة عاليًا في هذه المرحلة لأن الألياف لا تزال طرية. تُعرف هذه الطريقة باسم الصباغة الهلامية.

تُستخدم عمليات صباغة الألياف الأساسية، والصباغة العلوية، والصباغة السفلية في مراحل مختلفة من عملية التصنيع قبل غزلها إلى خيوط. وتشير هذه المسميات إلى المرحلة التي تكون عليها الألياف عند صباغتها. وتُصنف هذه العمليات الثلاث ضمن فئة صباغة الألياف.

صباغة الستوك هي عملية صباغة الألياف الخام، والتي تسمى أيضًا الستوك، قبل أن يتم ترتيبها وخلطها وغزلها إلى خيوط.

تُعرف عملية صباغة الصوف العلوي بأنها صبغ ألياف الصوف الممشط بعد تمشيطها لتمليسها وإزالة الألياف القصيرة. وتُسمى ألياف الصوف في هذه المرحلة بالصوف العلوي. تُفضل هذه الطريقة مع الصوف الممشط لأنها تمنع هدر الصبغة على الألياف القصيرة التي تُزال أثناء عملية التمشيط.

تُعرف عملية صباغة الخيوط بأنها صباغة الألياف الخيطية قبل تقطيعها إلى ألياف قصيرة. وتُعرف الألياف الخيطية في هذه المرحلة باسم الخيوط.

تتميز عملية صباغة الألياف بقدرة اختراق ممتازة للصبغة، ولذلك تكون كمية الصبغة المستخدمة في هذه المرحلة أكبر. وتُعدّ صباغة الألياف أغلى نسبيًا من صباغة الخيوط والأقمشة والمنتجات. ويجب اتخاذ قرار اختيار الألوان في وقت مبكر من عملية التصنيع. تُستخدم صباغة الألياف عادةً لصبغ الصوف والألياف الأخرى المستخدمة في إنتاج خيوط بلونين أو أكثر. كما تُصبغ ألياف التويد والأقمشة ذات المظهر الممزوج غالبًا.

تُضفي عملية صباغة الخيوط اللون في مرحلة الغزل. وتُستخدم طرق الصباغة المختلفة، مثل صباغة الشلة، والصباغة على البكرة، والصباغة على الفراغ، لصبغ الخيوط.

في عملية صباغة الخيوط، تُلف الخيوط بشكل فضفاض على هيئة شلات أو كرات ثم تُصبغ. تتميز هذه الخيوط بقدرة جيدة على امتصاص الصبغة، لكن العملية بطيئة وأكثر تكلفة نسبياً.

في عملية صباغة الخيوط الملفوفة على بكرات مثقبة، تُصبغ الخيوط في خزان مضغوط. هذه العملية أسرع نسبياً، لكن تجانس الصبغة قد لا يكون بجودة تجانس الصبغة في الخيوط المصبوغة على شكل شلات.

في صباغة الحزم، يتم استخدام حزمة سدى مثقبة بدلاً من البكرات المستخدمة في صباغة الحزم.

تُستخدم تقنية الصباغة الفضائية لإنتاج خيوط متعددة الألوان.

بشكل عام، توفر عملية صباغة الخيوط امتصاصًا وتغلغلًا كافيين للألوان لمعظم الأقمشة. أما الخيوط السميكة والملتوية بشدة فقد لا تتمتع بتغلغل جيد للصبغة. تُستخدم هذه العملية عادةً عند استخدام خيوط بألوان مختلفة في صناعة الأقمشة (مثل الأقمشة المخططة، والمربعات، والأقمشة اللامعة).

صباغة الأقمشة، والمعروفة أيضًا بصباغة القطع، هي عملية صباغة القماش بعد تصنيعه. وهي طريقة اقتصادية وشائعة لصباغة الأقمشة ذات اللون الواحد. يُمكن اختيار اللون بعد تصنيع القماش، مما يجعلها مناسبة للطلبات السريعة. قد لا يكون تغلغل الصبغة جيدًا في الأقمشة السميكة، لذا تُستخدم أحيانًا صباغة الخيوط لصبغ الأقمشة السميكة بألوان موحدة. تُستخدم أنواع مختلفة من آلات الصباغة في صباغة القطع، ويعتمد اختيار المعدات على عوامل مثل خصائص الصبغة والقماش، والتكلفة، والاستخدام النهائي المقصود.

صباغة المنتجات، والمعروفة أيضًا بصباغة الملابس، هي عملية صباغة منتجات مثل الجوارب والكنزات والسجاد بعد إنتاجها. تُناسب هذه المرحلة من الصباغة عندما تتلون جميع المكونات بنفس الدرجة (بما في ذلك الخيوط). تُستخدم هذه الطريقة لصباغة الجوارب الشفافة لأنها تُحاك باستخدام آلات حياكة أنبوبية ثم تُخاط قبل الصباغة. أما السجاد المعقود، باستثناء السجاد المصنوع من ألياف مصبوغة بالمحلول، فيُصبغ غالبًا بعد عقده. لا تُناسب هذه الطريقة الملابس ذات المكونات المتعددة مثل البطانة والسحابات وخيوط الخياطة، لأن كل مكون قد يتلون بشكل مختلف. الاستثناء هو تلوين الجينز بالأصباغ لإضفاء مظهر "عتيق". في التلوين، يُستخدم اللون، بينما في المعالجات الأخرى مثل الغسيل الحمضي والغسيل الحجري، تُستخدم عمليات كيميائية أو ميكانيكية. بعد تصنيع الملابس، تُمنح هذه المنتجات مظهرًا "باهتًا" أو "مستعملًا" من خلال طرق التشطيب بدلًا من الصباغة.

تُعدّ عملية الصباغة في هذه المرحلة مثاليةً للاستجابة السريعة. تُصبغ العديد من القمصان والكنزات وغيرها من الملابس غير الرسمية باستخدام تقنية الصباغة المباشرة لتلبية الطلب المتزايد على ألوان معينة رائجة في عالم الموضة. تُصنع آلاف القطع من أقمشة مُجهزة للصباغة، ثم تُصبغ بألوان تُحقق أعلى المبيعات.

عملية الكالندر هي عملية تُجرى على القماش لتحسين مظهره. يمر القماش عبر سلسلة من أسطوانات الكالندر عن طريق اللف، حيث يتناوب سطح القماش الملامس للأسطوانة مع سطح القماش الذي يليه. تتكون آلة الكالندر العادية من سلسلة من الأسطوانات الصلبة واللينة (المرنة) مرتبة بترتيب محدد. يمكن ضغط الأسطوانة اللينة بورق قطني أو صوفي، أو ورق كتاني، أو ورق من ألياف الكتان. أما الأسطوانة المعدنية الصلبة فهي مصنوعة إما من الحديد المبرد أو الحديد الزهر أو الفولاذ. قد تحتوي آلة الكالندر على 3 أو 5 أو 6 أو 7 أو 10 أسطوانات. يُراعى في ترتيب الأسطوانات عدم تلامس أي أسطوانتين صلبتين مع بعضهما البعض. يمكن تطبيق الضغط باستخدام روافع وأوزان مركبة، أو يمكن استخدام الضغط الهيدروليكي كبديل. يعتمد الضغط والحرارة المستخدمان في عملية الكالندر على نوع التشطيب المطلوب.

تتمثل أغراض عملية الكالندر في تحسين ملمس القماش وإضفاء ملمس ناعم وحريري عليه، وضغط القماش وتقليل سمكه، وتحسين عتامة القماش، وتقليل نفاذية الهواء للقماش عن طريق تغيير مساميته، وإضفاء درجات مختلفة من اللمعان على القماش، وتقليل انزلاق الخيوط.

تُعدّ عملية التمشيط أو رفع الوبر من أهم وأقدم عمليات تشطيب المنسوجات. وباستخدام هذه العملية، يُمكن إنتاج مجموعة واسعة من الأقمشة، بما في ذلك البطانيات والفانيلات والأقمشة الصناعية. وتتألف عملية رفع الوبر من انتزاع طبقة من الألياف من نسيج القماش، وهي الطبقة البارزة عن السطح والتي تُسمى "الوبر". يُضفي تكوّن الوبر على القماش ملمسًا كثيفًا، وقد يُخفي أيضًا نسيج القماش أو نقشه أو لونه. ^{[ 12 ]}

يوجد نوعان من آلات رفع الأعشاب: آلة رفع الأعشاب وآلة رفع الأعشاب السلكية. تتراوح سرعة آلة رفع الأعشاب السلكية بين 12 و15 ياردة في الدقيقة، أي أعلى بنسبة 20-30% من سرعة آلة رفع الأعشاب. ولذلك، تُستخدم آلة رفع الأعشاب السلكية على نطاق واسع.

يُعدّ تكوّن التجاعيد في الأقمشة المنسوجة أو المحبوكة المصنوعة من السليلوز أثناء الغسيل أو الطي العيب الرئيسي للأقمشة القطنية. ترتبط السلاسل الجزيئية لألياف القطن ببعضها البعض بروابط هيدروجينية ضعيفة. أثناء الغسيل أو الطي، تنكسر هذه الروابط الهيدروجينية بسهولة، وبعد التجفيف تتشكل روابط هيدروجينية جديدة مع السلاسل في موضعها الجديد، مما يُثبّت التجاعيد. إذا أمكن إدخال روابط متقاطعة بين سلاسل البوليمر باستخدام مواد كيميائية مُرَكِّبة ، فإن ذلك يُقوّي ألياف القطن ويمنع الإزاحة الدائمة لسلاسل البوليمر عند تعرّض الألياف للإجهاد. وبالتالي، يصبح من الصعب جدًا تكوّن التجاعيد أو انكماش القماش عند الغسيل.

تتضمن عملية تشطيب القطن المقاوم للتجعد الخطوات التالية:

1. حشو المادة بمحلول يحتوي على مادة أولية لبوليمر التكثيف ومحفز بلمرة مناسب.
2. التجفيف والتصلب في إطار التثبيت لتشكيل روابط متقاطعة بين سلسلة البوليمر وسلسلة البوليمر المجاورة.

يسمح العامل الحفاز بإجراء التفاعل في نطاق درجة حرارة 130-180 درجة مئوية المستخدمة عادة في صناعة النسيج وفي غضون وقت المعالجة المعتاد (في غضون 3 دقائق كحد أقصى).

تُستخدم ثلاثة أنواع رئيسية من المحفزات بشكل شائع في الوقت الحاضر.

• أملاح الأمونيوم ، مثل كلوريد الأمونيوم والكبريتات والنترات.
• أملاح المعادن مثل كلوريد المغنيسيوم، نترات الزنك، كلوريد الزنك.
• خليط محفز، على سبيل المثال كلوريد المغنيسيوم مع إضافة أحماض عضوية وغير عضوية أو مانحات حمضية.

تهدف الإضافات إلى معادلة أو تخفيف التأثير السلبي لعامل الربط المتشابك، جزئيًا أو كليًا. لذا، تُستخدم عوامل التنعيم والتمليس ليس فقط لتحسين ملمس القماش، بل أيضًا لتعويض أي نقص في مقاومة التمزق والتآكل قدر الإمكان. تحتوي كل تركيبة تشطيب راتنجي على مواد فعالة سطحية تعمل كمستحلبات وعوامل ترطيب ومثبتات. هذه المواد الفعالة سطحيًا ضرورية لضمان ترطيب القماش بسرعة وبشكل كامل أثناء عملية التبطين، ولضمان استقرار المكونات في المحلول.